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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 2

Remerciements

Avant d’entrer dans le développement du Projet de Fin d’Etudes, j’aimerais remercier les différentes

personnes qui m’ont aidé à rendre cette expérience ô combien enrichissante.

J’aimerais remercier en tout premier lieu Jean-Robert Guirao, mon tuteur entreprise, qui m’a donné

une chance de réaliser le Projet de Fin d’Etudes sur un chantier d’une telle envergure.

J’aimerais également le remercier pour son accompagnement, ses conseils, son soutien et sa

disponibilité tout au long des 20 semaines.

J’aimerais également remercier Freddy Martz pour m’avoir apporté son soutien tout en

m’accompagnant au cours des 5 mois.

J’adresse aussi mes remerciements à l’équipe travaux, Paul Schwab, Julie Vagner, Frédérique Fritsch

et Matthieu Luttmann pour leur disponibilité et leur accompagnement au quotidien. Ils ont

grandement participé à mon intégration au chantier tout en me laissant une grande autonomie dans

mes recherches et ma réflexion et en prenant compte de mon avis.

Un grand merci également à Martial Vonau pour m’avoir apporté ses conseils, son aide précieuse

tout en partageant sa grande expérience et son savoir faire pédagogique.

Je remercie aussi mon collègue en PFE de l’ENI Saint-Etienne, Clément Delobre pour sa présence au

quotidien.

Enfin, j’aimerais remercier les chefs de chantier, les compagnons ainsi que toutes les personnes qui,

de près ou de loin, ont participé à la réussite de ce projet.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 3

Sommaire

Remerciements _____________________________________________________________ 2

Sommaire _________________________________________________________________ 3

Table des figures ____________________________________________________________ 5

Introduction _______________________________________________________________ 7

1. Présentation générale du projet ____________________________________________ 9

1.1 Le projet : Réhabilitation et mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire

de Strasbourg (BNU) - Bâtiment République __________________________________________ 9

1.1.1 Description générale ______________________________________________________________ 9

1.1.2 Historique de la BNU _____________________________________________________________ 10

1.1.3 Enjeux et objectifs du projet _______________________________________________________ 12

1.1.4 Bâtiment existant et projet ________________________________________________________ 15

1.1.5 Les acteurs _____________________________________________________________________ 20

1.1.6 Coût et financement _____________________________________________________________ 22

1.2 Les entreprises : Urban et Demathieu & Bard, deux acteurs majeurs du BTP réunis en

Société En Participation (SEP) ____________________________________________________ 23

1.2.1 Présentation de la société URBAN __________________________________________________ 23

1.2.2 Présentation de la société Demathieu & Bard _________________________________________ 26

1.2.3 Généralités sur une Société En Participation __________________________________________ 27

1.2.4 Pourquoi une SEP sur ce projet ? ___________________________________________________ 27

1.2.5 Rôle de chaque entreprise ________________________________________________________ 28

1.2.6 Lot 2 : Démolition – Fondations Spéciales – Gros-Œuvre ________________________________ 28

2. Les reprises en sous-œuvre, opérations courantes d’un chantier de réhabilitation ___ 29

2.1 Définition générale d’une reprise en sous-œuvre _______________________________ 29

2.2 Les grands types de reprises en sous-œuvre ___________________________________ 30

2.3 Liens entre un chantier de réhabilitation et les reprises en sous-œuvre _____________ 30

2.4 L’importance du transfert de charge _________________________________________ 31

2.5 Transfert de charge par vérinage ____________________________________________ 31

2.5.1 Généralités ____________________________________________________________________ 31

2.5.2 Les différents types de vérins ______________________________________________________ 31

2.5 Reprises en sous-œuvre pour la création d’ouverture dans un mur porteur_____________ 36

2.5.1 Nature du mur à reprendre __________________________________________________________ 36

2.5.2 Nature du linteau à mettre en œuvre _______________________________________________ 36

2.5.3 Les deux techniques utilisées ______________________________________________________ 38

2.5.4 Documents créés ________________________________________________________________ 40

2.5.5 Bilan sur la création d’ouvertures ___________________________________________________ 40

3 Reprises en sous-œuvre du dôme __________________________________________ 41

3.1 Introduction ____________________________________________________________ 41

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 4

3.2 La structure _____________________________________________________________ 41

3.2.1 Structure existante ______________________________________________________________ 41

3.2.2 Projet _________________________________________________________________________ 45

3.3 Présentation des 2 variantes : modes opératoires, phasages et comparaison ________ 48

3.3.1 Variante 1 : solution technique initiale ______________________________________________ 48

3.3.2 Variante 2 : solution technique proposée par le groupement d’entreprises _________________ 51

3.3.3 Comparaison des 2 variantes ______________________________________________________ 52

3.4 Analyse détaillée de la variante du groupement d’entreprises ____________________ 55

3.4.1 La poutre de couronnement _______________________________________________________ 55

3.4.2 L’étaiement ____________________________________________________________________ 69

3.4.3 Mise en charge par vérinage (phase provisoire) _______________________________________ 80

3.4.4 Démolition des porteurs verticaux et des coursives ____________________________________ 94

3.4.5 Réalisation des méga-cornières ____________________________________________________ 96

3.4.6 Mise en charge par vérinage (phase définitive) _______________________________________ 111

4 Démarches Qualité et Sécurité sur les opérations de reprises en sous-œuvre ______ 117

4.1 Démarche Qualité _______________________________________________________ 117

4.1.1 La création de fiches ____________________________________________________________ 117

4.1.2 Objectifs des fiches créées _______________________________________________________ 117

4.1.3 Exemple de fiche : création d’ouverture par chevalement ______________________________ 118

4.2 Démarche Sécurité ______________________________________________________ 119

4.2.1 Objectifs du PPSPS ______________________________________________________________ 119

4.2.2 Les Avenants au PPSPS __________________________________________________________ 119

4.2.3 Contenu d’un avenant au PPSPS ___________________________________________________ 120

4.2.4 Réflexion sur la mise au point d’une trame type d’analyse des risques ____________________ 120

4.2.5 Présentation de la trame imaginée ________________________________________________ 121

4.2.6 Le devenir de la trame __________________________________________________________ 122

4.2.7 Autorisation de conduite de la potence _____________________________________________ 122

Conclusion _______________________________________________________________ 123

Bibliographie _____________________________________________________________ 125

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 5

Table des figures

Figure 1.1.1-1 : Vue aérienne de la BNU ------------------------------------------------------------------------------------------- 9

Figure 1.1.1-2 : Photo depuis la place de la République ----------------------------------------------------------------------- 9

Figure 1.1.2-1 : Fresque des grandes dates de la BNU ------------------------------------------------------------------------ 10

Figure 1.1.3.1-1 : les poteaux traversaient les dalles ---------------------------------------------------------------------------- 12

Figure 1.1.3.2-1 : Vue sur une salle de lecture dans les années 1900 ------------------------------------------------------- 13

Figure 1.1.3.3-1 : Coupe sur les magasins conservés ---------------------------------------------------------------------------- 14

Figure 1.1.4.1-1 : Organisation intérieure du bâtiment existant ------------------------------------------------------------- 15

Figure 1.1.4.2-1 : Organisation intérieure du projet ----------------------------------------------------------------------------- 17

Figure 1.1.4.3-1 : Coupe longitudinale du bâtiment futur ---------------------------------------------------------------------- 18

Figure 1.1.4.3-2 : Vue en plan des différents escaliers -------------------------------------------------------------------------- 19

Figure 1.1.6-1 : Coût et financement ----------------------------------------------------------------------------------------------- 22

Figure 1.2.1.1-1 : Organisation de VINCI--------------------------------------------------------------------------------------------- 23

Figure 1.2.1.2-1 : Organisation de VINCI CONSTRUCTION---------------------------------------------------------------------- 23

Figure 1.2.1.3-1 : Organisation de VINCI CONSTRUCTION FRANCE ---------------------------------------------------------- 24

Figure 1.2.1.4-1 : Implantation des différentes agences de la Direction Déléguée Est de VINCI CONSTRUCTION

FRANCE --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25

Figure 2.1-1 : Reprise en sous-œuvre : suppression de poteaux existants et mise en place d’une poutre ancrée

dans un voile béton ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29

Figure 2.5.2.1-1 : Les vérins galettes -------------------------------------------------------------------------------------------------- 32

Figure 2.5.2.1-2 : les vérins à fort tonnage ------------------------------------------------------------------------------------------ 33

Figure 2.5.2.2-1 : les vérins plats (©Freyssinet) ----------------------------------------------------------------------------------- 34

Figure 2.5.3.1-1 : la méthode des demi-poutres ---------------------------------------------------------------------------------- 38

Figure 2.5.3.2-1 : la méthode du chevalement ------------------------------------------------------------------------------------ 39

Figure 3.2.1.1-1 : Vue en élévation de l’organisation générale existante ------------------------------------------------- 42

Figure 3.2.1.2-1 : Système porteur de la structure existante ------------------------------------------------------------------ 43

Figure 3.2.1.2-2 : Elévation du dôme avec organisation du noyau interne ----------------------------------------------- 44

Figure 3.2.1.2-1 : Elévation du dôme avec le système porteur du projet -------------------------------------------------- 46

Figure 3.2.1.2-2 : superposition des poteaux existants et des méga-cornières du projet ---------------------------- 47

Figure 3.2.1.2-1 : Vue en plan de l’ossature métallique provisoire de reprise en sous-œuvre de la coupole -- 49

Figure 3.2.1.2-2 : Vue sur le chevalement en haut du noyau interne ------------------------------------------------------ 50

Figure 3.3.3.1-1 : Le plancher métallique existant sert de plateforme de travail --------------------------------------- 53

Figure 3.4.1.1-1 : Poutre de couronnement ---------------------------------------------------------------------------------------- 55

Figure 3.4.1.2-1 : Reprise en sous-œuvre provisoire de la coupole et transfert de charges ------------------------- 56

Figure 3.4.1.3-1 : Etape préliminaire : bétonnage de la partie haute des voûtes --------------------------------------- 57

Figure 3.4.1.3-2 : Schéma de la variante 1 : poteau en béton armé --------------------------------------------------------- 58

Figure 3.4.1.3-3 : Variante 2 : tabourets sur étaiement provisoire ---------------------------------------------------------- 59

Figure 3.4.1.3-4 : Variante 3 : tabourets sur plots en béton armé ----------------------------------------------------------- 60

Figure 3.4.1.3-5 : Variante 4 : tabourets toute hauteur ------------------------------------------------------------------------- 61

Figure 3.4.1.3-6 : Variante 5 : tabourets sur plots en maçonnerie ----------------------------------------------------------- 62

Figure 3.4.1.4-1 : Cheminement des efforts après la démolition des pieds de voûte ---------------------------------- 64

Figure 3.4.1.4-2 : Vue en plan de l’implantation des tabourets -------------------------------------------------------------- 65

Figure 3.4.1.5-1 : Coupe dans l’axe des tabourets et matage au seltex© ------------------------------------------------- 66

Figure 3.4.1.5-2 : Matage soigné en partie haute et basse des tabourets ------------------------------------------------- 67

Figure 3.4.1.5-3 : Pied de voûte démoli (à droite) et avant démolition (à gauche) ------------------------------------- 68

Figure 3.4.2.1-1 : Photo d’une Millstour© ------------------------------------------------------------------------------------------ 69

Figure 3.4.2.1-2 : Eléments constitutifs de base des tours MILLS ------------------------------------------------------------ 70

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 6

Figure 3.4.2.4-1 : Descentes de charge sur les plots d’étaiement ------------------------------------------------------------ 71

Figure 3.4.2.4-2 : La barrette de liaison permet de double le poteau ------------------------------------------------------ 72

Figure 3.4.2.5-1 : poutres gênant le montage des tours ------------------------------------------------------------------------ 73

Figure 3.4.2.5-2 : Décalage du vérin permet une répartition équivalente de la charge sur les poteaux --------- 74

Figure 3.4.2.5-3 : Valeur d’excentrement relevée côté SUD ------------------------------------------------------------------- 75

Figure 3.4.2.5-4 : Descente de charge de 60 300 daN côté SUD -------------------------------------------------------------- 76

Figure 3.4.2.5-5 : Poteaux surchargés en situation de travaux --------------------------------------------------------------- 77

Figure 3.4.3.2-1 : Vérins de tête des tours MILLS© ------------------------------------------------------------------------------ 82

Figure 3.4.3.3-1 : Choix des vérins dans la gamme de la société La Savoisienne © ------------------------------------ 87

Figure 3.4.3.3-2 : Choix des vérins dans la gamme de la société Enerpac © ---------------------------------------------- 88

Figure 3.4.3.4-1 : Mise en charge trop faible --------------------------------------------------------------------------------------- 90

Figure 3.4.3.4-2 : Mise en charge trop importante ------------------------------------------------------------------------------- 91

Figure 3.4.4-1 : Démolition des porteurs existants ------------------------------------------------------------------------------- 94

Figure 3.4.4-2 : Démolition manuelle aux endroits délicats ------------------------------------------------------------------- 95

Figure 3.4.5.2-1 : Vue en élévation de la potence -------------------------------------------------------------------------------- 96

Figure 3.4.5.2-2 : Support de la potence fixée sur l’excroissance de la poutre de couronnement ----------------- 97

Figure 3.4.5.3-1 : Coupe avec vue sur les différentes passerelles de travail du coffrage (Paschal©) ------------- 98

Figure 3.4.5.3-2 : Raccourcissement des méga-cornières (vue en élévation côté SUD) ------------------------------- 99

Figure 3.4.5.3-3 : Optimisation du coffrage -------------------------------------------------------------------------------------- 100

Figure 3.4.5.5-1 : Réflexion sur l’emplacement des escaliers d’accès aux consoles pignons ---------------------- 103

Figure 3.4.5.5-2 : Circuler dans les tours MILLS est très délicat et inconfortable ------------------------------------- 104

Figure 3.4.5.5-3 : Réflexion sur le système d’accès horizontal -------------------------------------------------------------- 105

Figure 3.4.5.5-4 : La solution des consoles fixées aux tours permet de ne pas mettre en place un échafaudage

toute hauteur ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 106

Figure 3.4.5.5-5 : Solution définitive retenue ------------------------------------------------------------------------------------ 108

Figure 3.4.5.6-1 : Spécificité de la dernière levée ------------------------------------------------------------------------------- 109

Figure 3.4.6.3-1 : Emplacement des vérins plats -------------------------------------------------------------------------------- 112

Figure 3.4.6.3-2 : Tableau des vérins plats standards de la société Freyssinet----------------------------------------- 113

Figure 3.4.6.3-3 : Vérin plat noyé dans un bloc-béton ------------------------------------------------------------------------ 114

Figure 3.4.6.3-4 : 1ère

solution de vérinage --------------------------------------------------------------------------------------- 115

Figure 3.4.6.3-5 : Impossibilité de la solution 1 --------------------------------------------------------------------------------- 115

Figure 3.4.6.3-6 : 2ème

solution de vérinage -------------------------------------------------------------------------------------- 116

Figure 4.2.5-1 : Trame d’analyse des risques imaginée ----------------------------------------------------------------------- 121

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 7

Introduction

e Projet de Fin d’Etudes coïncide, comme son nom l’indique, avec la fin de la formation. Il doit

marquer le trait d’union entre le cursus de formation au sein de l’Ecole et le monde

professionnel.

D’une dimension supérieure aux deux premiers stages, le PFE a pour but de s’intéresser à un sujet

précis et de mettre en œuvre des qualités d’adaptation à un problème donné, d’analyse, de

créativité, d’organisation, d’autonomie,…

Ce travail passe par une exploitation de connaissances théoriques assimilées au cours de la formation

mais également par une recherche et une mise en situation de concepts non abordés et appliqués au

sujet abordé.

La genèse du contact avec l’entreprise URBAN, filiale de VINCI CONSTRUCTION FRANCE date de la fin

octobre. L’entreprise venait de décrocher, en groupement avec DEMATHIEU&BARD le chantier de

réhabilitation et mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg.

Ma candidature spontanée envoyée trois semaines plus tôt à l’agence d’Illkirch-Graffenstaden

constituait la première candidature envoyée et était également ma priorité.

L’appel téléphonique de Monsieur GUIRAO me présentant la possibilité de réaliser mon Projet de Fin

d’Etudes au sein d’URBAN sur le chantier m’a donc enchanté.

Le sujet m’offrait la possibilité de réaliser ce stage ô combien important dans la formation

d’ingénieur au sein d’une entreprise renommée mais également sur un chantier compliqué et donc

intéressant dont le bâtiment incarne l’un des fleurons de l’architecture strasbourgeoise tout en

incarnant la riche et parfois douloureuse histoire de la ville.

Les deux paramètres primordiaux à mes yeux étaient donc réunis. D’autant plus que ce PFE m’offrait

la possibilité de m’intéresser à des sujets étroitement liés au domaine des travaux, que j’aimerais

intégrer à la fin du cursus.

Comme évoqué plus haut, le projet vise à réhabiliter et mettre en sécurité le bâtiment principal de la

Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg. De tels chantiers deviennent monnaie

courante dans le panorama des chantiers urbains. En effet, l’Homme cherche à moderniser de

l’intérieur les belles traces laissées par ses prédécesseurs. D’autre part, modifier l’enveloppe

extérieure de tels ouvrages, en plus du fait que cela est interdit lorsque celui-ci est classé aux

Monuments Historiques dénaturerait l’âme de notre patrimoine.

La réhabilitation de bâtiments anciens ne peut être classée simplement dans le domaine du

bâtiment. Les problèmes et contraintes y sont bien plus importants. On se rapproche plus souvent du

domaine du Génie Civil.

Ce projet incarne une rénovation lourde. En effet, il s’agit de la modification très importante de la

distribution fonctionnelle, de la configuration et des dimensions volumétriques du bâtiment existant.

Cette modification est accompagnée du changement des caractéristiques originales du bâtiment, y

compris une modification extensive de la structure. Seule l’enveloppe extérieure reste en état.

Le sujet proposé par l’entreprise URBAN concerne les différentes reprises en sous-œuvre à réaliser

au sein du bâtiment. Ces opérations sont courantes pour de tels chantiers et les techniques mises en

œuvre sont bien souvent spécifiques au projet en question.

L

Page 8: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 8

L’objectif est de m’intéresser au domaine technique propre à ces opérations et aux modes

opératoires qui en découlent mais également à tout ce qui a trait à la sécurité (humaine et

structurelle) ainsi qu’au domaine de la Qualité en relation avec les travaux de reprises en sous-

œuvre.

Le rapport s’articulera autour de quatre grandes parties.

Tout d’abord, je présenterai le chantier dans son ensemble tout en évoquant le groupement

d’entreprise URBAN-DEMATHIEU&BARD.

Dans un second temps, j’évoquerai les reprises en sous-œuvre dans leurs généralités et leur

application à des créations d’ouvertures.

La troisième partie est consacré au travail effectué sur la zone centrale du projet, la reprise en sous-

œuvre du dôme dans laquelle j’analyse des techniques de reprise en sous-œuvre et j’effectue un

comparatif technique et économique de deux variantes.

Je me suis également intéressé au vérinage provisoire et définitif de la coupole et j’y expose

différents points méthodes et organisation dans la réalisation des nouveaux porteurs verticaux.

Enfin, dans la quatrième et dernière partie, j’exposerai mon travail consacré à l’aspect Qualité et

Sécurité autour des reprises en sous-œuvre, essentiellement consacré à la création de fiches.

Trois cahiers annexes viennent s’ajouter au corps du rapport. Le premier développe des calculs ou

présente certaines caractéristiques liées à la partie technique, le second intègre les fiches Qualité

créées et le dernier présente les carnets d’analyse de risques mis au point.

Page 9: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 9

1. Présentation générale du projet

1.1 Le projet : Réhabilitation et mise en sécurité de la Bibliothèque

Nationale et Universitaire de Strasbourg (BNU) - Bâtiment

République

1.1.1 Description générale

L’opération sur le bâtiment République s’inscrit dans un projet intitulé BNU Nouvelle qui englobe le

bâtiment Joffre, le bâtiment République et un troisième bâtiment rue Fischart. Elle consiste à

moderniser, restructurer et étendre le bâtiment existant sur 7 niveaux tout en préservant les façades

et toitures classées monuments historiques.

Elle intègre la réfection de la verrière centrale mais elle ne comprend pas la rénovation des façades.

Elle comprend la construction de 13350 m² de nouveaux planchers et la réhabilitation de 4400m² de

planchers conservés.

Fig 111. 1.1.1-1 : Vue aérienne de la BNU

Fig 111. 1.1.1-2 : Photo depuis la place de la République

Figure 0-1 Figure 1.1.1-1 : Vue aérienne de la BNU

Figure 1.1.1-2 : Photo depuis la place de la République

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 10

1.1.2 Historique de la BNU

Construction sous l’Empire Allemand

La construction de la Bibliothèque Nationale et Universitaire (alors Kaiserliche Universitäts-und

Landesbibliothek von Straβburg) fait suite à la destruction totale par un incendie de la bibliothèque

de Strasbourg lors de la guerre de 1870.

Elle a été conçue par les architectes allemands Auguste Hartel et Skjold Neckelmann dans le style de

la Renaissance italienne, dans la lignée des grandes réalisations allemandes de l'époque que l’on

retrouve dans le quartier.

La bibliothèque s'inscrit dans l'évolution de l'architecture des bâtiments de bibliothèques au XIXe

siècle. C'est à cette période que les bibliothèques passent de la forme de « bibliothèques-halls »,

avec des rayonnages disposés tout autour de la salle où sont réunis livres et lecteurs, aux « magasins

à livres ».

A son ouverture en 1895, après six ans de travaux, elle comptait déjà 700 000 volumes provenant de

dons et d'acquisitions faits depuis 1870.

Un modèle unique en France après la Première Guerre Mondiale

Après la guerre de 1914-1918 et le retour de l'Alsace-Moselle à la France, se pose la question du

statut de la bibliothèque, à la fois d'Etat et régionale. En 1926, elle devient Bibliothèque Nationale et

Universitaire, statut unique en France. Elle est un établissement public national à caractère

administratif, alors sous tutelle du Ministère de l'Instruction Publique et des Beaux-arts.

Période noire pendant le second conflit mondial

La deuxième guerre mondiale est une période très mouvementée pour la BNU : elle est évacuée pour

partie en zone libre à Clermont-Ferrand. En 1941, les autorités allemandes et le gouvernement de

Vichy ordonnent le rapatriement des collections à Strasbourg.

Le 25 septembre 1944, une bombe touche la BNU côté Nord, endommageant la grande salle de

lecture et les magasins nord. En novembre de la même année, une partie des collections,

entreposées à la mairie de Barr, est incendiée suite aux combats.

Ouverture prévue BNU Nouvelle

Début des travaux de

Réhabilitation BNU Nouvelle

Janv. 2011 Janv. 2014

Construction du

bâtiment

1889 1895 25.09.1944

Bombardement du côté

Nord

Années 1950

Reconstruction et

restructuration

Figure 1.1.2-1 : Fresque des grandes dates de la BNU

Page 11: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 11

Avant de quitter Strasbourg, les troupes d'occupation allemandes transfèrent vers l'intérieur du

Reich d’importants ensembles de collections. A la Libération, ce ne seront pas moins de 44 caisses

qui seront retrouvées au château de Zwingenberg, 33 000 volumes à la Staats- und

Universitätsbibliothek de Göttingen, à Hohenheim... Les recherches se sont poursuivies dans de

nombreuses régions : Hesse, lac de Constance, Forêt-Noire... Au total, pour la période, on évalue les

pertes de la BNU à plusieurs centaines de milliers d'ouvrages (destructions, vols, censure).

Une première rénovation importante en 1950

Les années 50 sont consacrées à la reconstruction et à une restructuration importante de la BNU,

financée grâce aux dommages de guerre. L'architecte François Herrenschmidt modernise les espaces

et fait disparaître les décors néo-grecs et néo-classiques caractéristiques de la période allemande. Il

surélève la salle de lecture de deux niveaux afin de gagner des surfaces de stockage.

A partir de 1959, l’accroissement des collections et l’augmentation du nombre de lecteurs

amenèrent une extension de la bibliothèque hors du bâtiment du 6 place de la République. En 1976,

le bâtiment rue du Maréchal Joffre est acquis et relié au bâtiment central par un tunnel.

En 1992, de légers travaux sont effectués, modifiant l’organisation des salles de lecture.

Le projet BNU Nouvelle : une deuxième rénovation 60 ans plus tard.

De sa construction en 1890 à sa première rénovation dans les années 1950, soixante ans se sont

écoulés, autant qu’il en faudra pour qu’un nouveau projet de rénovation voie le jour.

La Belle Dame ne connaît donc pas de retraite et obtient une cure de jouvence de façon cyclique.

Demeurant la seconde bibliothèque de France en termes numériques, l'une des toutes premières

collections égyptologiques européennes, la première bibliothèque de l'enseignement supérieur, la

première pourvoyeuse du prêt entre bibliothèque en France pour les sciences humaines et sociales,

le projet a également pour but de continuer de développer les pôles d’excellence afin de faire

perdurer sa réputation à l’échelle nationale et surtout européenne.

Page 12: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 12

1.1.3 Enjeux et objectifs du projet

1.1.3.1 Enjeux et objectifs en terme de sécurité

Outre l’objectif de réhabilitation lourde, le projet porte le nom de « Mise en sécurité ».

L’origine du projet provient d’une sécurité incendie insuffisante et d’un besoin d’une mise en

conformité.

En effet, dans son état avant travaux, le bâtiment présentait des risques majeurs pour la sécurité des

personnes et des collections :

Poteaux métalliques traversant les dalles dans la zone centrale Nombre d’UP insuffisants dans les ouvertures et dégagements Moyens de désenfumage dépassés et donc plus aux normes

Ainsi, d’un point de vue sécurité incendie, les points suivants sont visés :

L'accessibilité des pompiers en façade La stabilité au feu de la structure Le nombre de dégagements (sorties, unités de passage UP) et les distances réglementaires La conception du désenfumage, des installations électriques et du système de sécurité

incendie (SSI) Le choix des matériaux intérieurs

D’autre part, une remise aux normes en ce qui concerne l’accueil du public et des personnes à

mobilité réduite. Celle-ci vise porte sur :

L'accessibilité des personnes à mobilité réduite (PMR) au bâtiment L'accessibilité des circulations horizontales et verticales La mise aux normes des sanitaires publics et du personnel Les dimensions des portes et dégagements conformes à la réglementions La signalétique, l'éclairage, les revêtements de sol intérieurs adaptés aux PMR

Figure 1.1.3.1-1 : les poteaux traversaient les dalles

Page 13: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 13

1.1.3.2 Enjeux et objectifs architecturaux et structurels

Dimension architecturale

Outre un besoin de remise en sécurité, le projet vise en même temps à remanier en profondeur

l’intérieur du bâtiment afin de lui donner une modernité et un côté à la fois esthétique, pratique,

plus fonctionnel et convivial pour les utilisateurs et le personnel.

Le point central de la volonté architecturale concerne l’escalier monumental, situé sous le dôme qui

sera illuminé par un prisme de diffusion de la lumière du jour depuis le haut de la coupole.

L’espace ouvert ainsi créé rappellera la configuration d’origine de la bibliothèque (photo ci-dessous).

Dimension structurelle

Mise en conformité de la capacité portante des planchers des magasins et des salles de

lecture.

L’ajout de rayonnage lors de la rénovation des années 1950 a nécessité la mise en place d’un

système de porteurs verticaux sur tous les niveaux sans respecter la stabilité au feu nécessaire.

L’ensemble des dalles du bâtiment seront refaites afin d’atteindre une capacité portante de 1200

kg/m².

Figure 1.1.3.2-1 : Vue sur une salle de lecture dans les années 1900

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 14

Mise en conformité de la structure par rapport à la règlementation sismique

Les structures de l’édifice ne répondent pas à la réglementation sismique actuelle

A côté de cela, un tel projet vise également à augmenter les espaces de stockage de livres (voir ci-

après) afin de pouvoir acquérir des collections supplémentaires ainsi que les capacités d’accueil et de

confort des utilisateurs (ouverture d’une cafétéria, espace de conférence,…).

Enfin, afin de répondre aux exigences de l’ère de la connectivité, il y a également une volonté de

développer les ressources numériques et informatiques.

1.1.3.3 Enjeux et objectifs patrimoniaux

Une intervention sur un bâtiment historique, très connu dans le panorama de la capitale alsacienne

et dont la façade principale s’ouvre sur la place de la République entraîne avec elle une volonté de

conservation d’une trace historique de l’intérieur du bâtiment.

Celle-ci sera présente dans les niveaux 4 et 5 des magasins Est par l’intermédiaire d’une restauration

du niveau ainsi que du mobilier et des escaliers.

Le niveau 5 restituera la configuration d’origine (étagères à crémaillère Lippman) tandis que le niveau

4 restituera la configuration des années 1950 au cours de laquelle des étagères Strafor furent

installées entre les étagères Lippman afin de gagner de l’espace de stockage.

NIVEAU 4 : Configuration 1950

NIVEAU 5 : Configuration 1890

Figure 1.1.3.3-1 : Coupe sur les magasins conservés

Page 15: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 15

1.1.4 Bâtiment existant et projet

1.1.4.1 Organisation du bâtiment existant

Magasin EST

Cour intérieure Cour intérieure

Magasin

SUD

Mag

asin

NO

RD

DOME Jonction

Nord

Jonction

Sud

Zone Entrée - OUEST

Jonction

Est

Figure 1.1.4.1-1 : Organisation intérieure du bâtiment existant

Page 16: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 16

Le bâtiment existant s’organise en 4 grandes parties :

Une zone entrée côté Ouest constituée de l’accès principal au bâtiment, des pièces administratives au rez-de-chaussée et au premier étage et des salles de lecture au troisième.

Un noyau central surmonté d’un dôme. Le noyau se décompose en un noyau interne portant directement le dôme et un noyau externe venant contrebuter le premier.

Trois ailes de magasins sur 8 étages où sont entreposés les livres (non accessible au public)

2 cours intérieures

3 bâtiments de jonction reliant les magasins à la partie centrale

Page 17: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 17

1.1.4.2 Organisation du bâtiment futur

Magasin EST

Magasin

SUD

Mag

asin

NO

RD

DOME

Zone Entrée - OUEST

Stockage livre + Circulation

Figure 1.1.4.2-1 : Organisation intérieure du projet

Page 18: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 18

1.1.4.3 Différences par rapport à l’existant

Le bâtiment restructuré sera moins énergivore et bénéficiera de nouvelles salles de lecture, d'une

cafétéria et d'une salle d'exposition. Les places assises seront revues à la hausse, passant de 500 à

660. 200 000 documents seront en libre accès, contre 30.000 actuellement.

Des surfaces de stockage supplémentaires de livres seront disponibles.

Les façades extérieures et les toitures étant classées Monuments Historiques, aucune modification

ne sera effectuée.

En ce qui concerne les espaces intérieurs, la quasi-totalité des dalles sont détruites puis refaites.

Par rapport au bâtiment existant, les principaux changements concernent :

Le dôme : des terrassements dans cette partie permettront de gagner un espace supplémentaire. Au niveau 1, une salle d’exposition/auditorium sera créée. A partir du niveau 2, un escalier hélicoïdal permettra d’accéder à tous les étages depuis le dôme. Depuis l’entrée, les visiteurs accèdent à ce niveau via l’atrium (1 sur la coupe ci-dessous). L’espace sous le dôme sera ouvert et mis en valeur par un prisme de diffusion de la lumière autour duquel sera érigé un escalier monumental hélicoïdal qui viendra desservir les différents étages ouverts au public et les salles de lecture (2). D’un point de vue structurel, le système porteur du dôme est complètement changé.

1

2

Figure 1.1.4.3-1 : Coupe longitudinale du bâtiment futur

Page 19: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 19

Les bâtiments de jonctions sont démolis et refaits à neuf

Les cours intérieures n’existeront plus et seront remplacées par des niveaux de plancher afin de permettre le stockage supplémentaire d’ouvrages tout en facilitant la circulation au sein de la bibliothèque.

Les dalles des magasins sont détruites et refaites à neuf, tout comme les porteurs verticaux. Des nouvelles fondations (semelles sur colonnes de jet grouting) sont réalisées. Les nouvelles dalles pourront reprendre des charges de 1200 kg/m².

L’accès et la circulation entre les différents niveaux seront simplifiés par la construction d’un escalier à chaque extrémité du bâtiment, en plus de l’escalier monumental.

Esc 1 Ouest Esc 2 Ouest

Escalier central

Esc 2 Est Esc 1 Est

Figure 1.1.4.3-2 : Vue en plan des différents escaliers

Page 20: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 20

1.1.5 Les acteurs

1.1.5.1 Intervenants

Maîtrise d’ouvrage

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche

Rectorat de l’Académie de Strasbourg

Conduite d’opération

Direction Départementale des Territoires du Bas-Rhin

Maîtrise d’Œuvre *

Architectes

Agence Nicolas Michelin & Associés

Architecte en chef des Monuments Historiques

Agence 2BDM

BET TCE et coordination SSI

OTE Ingénierie

Economiste

Bureau Michel FORGUE

Acousticien

SARL PEUTZ & Associés

* La maîtrise d’œuvre est chargée d’une mission comprenant :

Les études esquisses (ESQ)

Les études d’avant projet sommaire (APS)

Les études d’avant projet définitif (APD)

Les études de projet (PRO)

L’assistance au maître de l’ouvrage pour la passation des contrats de travaux (ACT)

Les études d’exécution (EXE)

La direction de l’exécution des contrats de travaux (DET)

L’assistance au maître de l’ouvrage lors des opérations de réception et pendant la « Garantie

de Parfait Achèvement » (AOR)

Contrôle Technique

Qualiconsult

SPS

Bureau Veritas

Ordonnancement,

Coordination et Pilotage du

Chantier (OPC)

Coteba

Page 21: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 21

1.1.5.2 Décomposition en lots

Les prestations portent sur 24 lots qui sont traités par marchés séparés.

Lot N°

Désignation

1 Echafaudages

2 Démolition – Fondations Spéciales – Gros-œuvre

3 Charpente métallique

4 Escalier métallique atrium : structure et garde-corps

5 Couverture inox étamé et cuivre – étanchéité

6 Menuiseries extérieures acier – verrières – serrurerie

7 Cloisons – doublages – faux-plafonds

8 Menuiserie bois

9 Parquets

10 Revêtements de sols collés

11 Carrelage – revêtements pierre

12 Peinture – revêtements muraux

13 Electricité – courants forts et faibles

14 Chauffage – ventilation – désenfumage

15 Plomberie sanitaires

16 Appareils élévateurs

17 Agencement – mobiliers

18 Rayonnages

19 Forages-puits

20 VRD – espaces verts

21 Maçonnerie – pierre de taille – sculpture

22 Verrière dôme

23 Nettoyage fin de chantier

24 Signalétique

Page 22: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 22

1.1.6 Coût et financement

Le projet BNU Nouvelle est inscrit au Contrat de projet Etat-Région 2007-2013 ainsi qu’au Contrat

triennal Strasbourg, Ville Européenne.

En 2009, le projet BNU Nouvelle a bénéficié de la mise en place du Plan de relance de l’économie.

Figure 1.1.5.2-1 : Coût et financement

6,8 M€

6,8 M€

40,5 M€6,8 M€

Etat

Région Alsace

Conseil Général du Bas-Rhin

CUS

Coût du projet : 61 millions d’€ TTC

Financement

Page 23: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 23

1.2 Les entreprises : Urban et Demathieu & Bard, deux acteurs

majeurs du BTP réunis en Société En Participation (SEP)

Les entreprises URBAN et DEMATHIEU & BARD se sont groupées en Société En Participation pour la

réponse à l’appel d’offre sur le lot 2 Démolition - Fondations Spéciales -Gros Œuvre.

1.2.1 Présentation de la société URBAN

URBAN est une filiale de VINCI Construction France

1.2.1.1 Organisation de VINCI

1.2.1.2 Organisation de VINCI CONSTRUCTION

Vue aérienne et photo depuis la place de la République

VINCI Construction

Filiale Internationale

Figure 1.2.1.1-1 : Organisation de VINCI

Figure 1.2.1.2-1 : Organisation de VINCI CONSTRUCTION

Page 24: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 24

1.2.1.3 Organisation de VINCI CONSTRUCTION France

PROVINCE

ILE-DE-FRANCE

Direction Déléguée Est

Direction Régionale

Canalisation, Travaux

Hydraulique,

Environnement

Direction Régionale

Bâtiment, Génie Civil

Lorraine

Champagne Ardennes

Direction d’Activité

Bâtiment Alsace

Filiale

GTM Alsace

Agence d’Illkirch (67) Agence de Richwiller (68)

Autres Directions Déléguées

D’

Figure 1.2.1.3-1 : Organisation de VINCI CONSTRUCTION FRANCE

Page 25: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 25

1.2.1.4 Carte de VINCI Construction France Direction Déléguée Est

Figure 1.2.1.4-1 : Implantation des différentes agences de la Direction Déléguée Est de VINCI CONSTRUCTION FRANCE

Page 26: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 26

1.2.1.5 Présentation générale d’URBAN

URBAN est une filiale de VINCI Construction France. Créée en 1822 à Illkirch Graffenstaden, la société est reprise en 1987 par Campenon Bernard et en 1998 par SOGEA. URBAN représente 100 personnes pour 21 M € de chiffre d’affaires. URBAN dispose d’une agence à Illkirch-Graffenstaden et d’une autre dans le Haut-Rhin à Richwiller.

URBAN est rattachée à la Direction d’Activité Bâtiment Alsace qui comprend également l’entreprise

Dumez-Anstett. La Direction d’Activité Alsace étant elle-même rattachée à la Direction Déléguée Est

(comme le montre les organigrammes ci-dessus).

Quelques réalisations majeures récentes :

Rénovation-Agrandissement du Rhénus Sport à Strasbourg en 2003

Station d’Epuration à Village Neuf (68) en 2009

Conservatoire de Strasbourg en 2006

Hall Liebherr à Colmar (68)

1.2.2 Présentation de la société Demathieu & Bard

DEMATHIEU & BARD est une entreprise indépendante fondée en 1861 en Lorraine. Elle fait aujourd’hui partie des principaux acteurs français du secteur de la construction avec un effectif d’environ 2500 personnes et un chiffre d’affaires supérieur à 700 millions d’euros. En France, l’entreprise est présente par un réseau de 21 agences (20 en France métropolitaine et 1 sur l’Ile de la Réunion). Elle est implantée à l’étranger par des filiales au Luxembourg, en Allemagne et en Amérique du Nord (Canada et Etats-Unis). L’agence Alsace Bâtiment qui prend en charge le chantier est située à Duppigheim et représente 100 personnes pour 30 millions d’euros de chiffre d’affaires.

Quelques réalisations majeures récentes :

Restructuration de l’Aubette à Strasbourg en 2008

Piscine des Remparts à Sélestat (67) en 2009

Grande Mosquée de Strasbourg (en cours – livraison prévue été 2011)

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 27

1.2.3 Généralités sur une Société En Participation

La société en participation (SEP) est un modèle de souplesse. Le statut juridique de la Société En

Participation est régi par les articles 1871 et suivants du Code civil.

La SEP n'a pas besoin d'être immatriculée au registre du commerce, ce qui évite les formalités de

constitution (annonce légale, etc.). Elle n'a pas besoin de capital social, ni de dénomination sociale, ni

de siège social. Conséquence évidente : les modifications au niveau de l'actionnariat, du capital ou du

siège social n'entraînent aucune formalité, exception faite de la modification des statuts.

La répartition des bénéfices et le fonctionnement interne de la société sont définis librement par les

associés, qui, au nombre de deux minimum, peuvent être des personnes physiques ou morales. Il n’y

a aucun besoin d'assemblée générale ordinaire ou extraordinaire, ni de lettre recommandée, ni de

registres officiels...

Ceci suppose plutôt que les décisions soient prises à l'unanimité. Mais rien n'empêche les statuts de

prévoir des systèmes de majorité simple ou qualifiée...

Vis-à-vis des tiers, fournisseurs et clients, seul le gérant apparaît : l'activité est exercée en son nom

propre puisque la société ne possède ni dénomination, ni capital, ni siège social. Mais, là encore, rien

n'empêche d'adopter un nom, de fixer un capital social et de révéler aux tiers l'existence de la société

et l'identité des associés...

1.2.4 Pourquoi une SEP sur ce projet ?

Une des origines du groupement en SEP des sociétés URBAN et DEMATHIEU & BARD provient du

temps très réduit de l’appel d’offres. Les entreprises concernées par le lot 2 avaient environ 1 mois

entre le lancement de l’appel d’offre et la remise de l’offre.

Il aurait été très compliqué de tenir ce délai pour réaliser la phase études. En effet, il s’agit d’un

chantier d’envergure et dotée de contraintes propres à une réhabilitation d’un bâtiment, ancien qui

plus est.

D’où le choix d’une mise en commun des moyens d’études des deux entreprises avant de mettre en

commun les moyens humains, matériels et techniques dès lors que le chantier fut remporté.

D’autre part, ces deux entreprises ont des habitudes de travail en commun bien ancrées comme le montre la réalisation des deux chantiers phare ci-dessous : Nouvel Hôpital de Sarreguemines : Conception – Réalisation d’environ 45 M€, Village de Marques à Roppenheim : Chantier TCE d’environ 40 M€ (en cours de réalisation).

Page 28: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 28

1.2.5 Rôle de chaque entreprise

La société URBAN est mandataire du groupement et a également en charge la gestion du chantier.

De son côté, la société DEMATHIEU & BARD est responsable des travaux.

Encadrement

Sont affectés au chantier :

1 directeur de Projet : M. Jean-Robert GUIRAO, Urban

1 Directeur de Travaux : M. Paul SCHWAB, Demathieu & Bard

1 Conducteur de Travaux Démolition : Mlle Julie VAGNER, Demathieu & Bard

1 Conducteur de Travaux Gros-Œuvre (partie Dôme et entrée) : Mlle Frédérique FRITSCH,

Demathieu & Bard

1 Conducteur de Travaux Gros-Œuvre (partie Magasins) : M. Matthieu LUTTMANN, Urban

1 Ingénieur Méthodes : M. Martial VONAU, Bureau d’études CMV

1 Représentant QSE : M. Romain BOUIX, Urban

1 Chef de Chantier Principal : M. Fernando CARVALHO, Demathieu & Bard

1 Chef de Chantier : M. Kemal KURBAN, Urban

Les compagnons (des deux entreprises : leur nombre variant suivant les tâches à réaliser)

1.2.6 Lot 2 : Démolition – Fondations Spéciales – Gros-Œuvre

Le groupement Urban-Demathieu & Bard a remporté le lot 2 qui concerne les travaux de démolition,

fondations spéciales et gros œuvre.

Les travaux de démolition sont sous-traités à l’entreprise AWS Diamcoupe.

Deux types de fondations spéciales sont réalisés :

Du jet-grouting

Des micros-pieux

Les travaux de jet grouting sont sous-traités à l’entreprise SOLETANCHE BACHY. La société SIRCO

réalise les micros-pieux.

Les travaux de Gros-Œuvre sont réalisés par les entreprises du groupement selon la répartition

évoquée dans la partie encadrement.

Page 29: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 29

2. Les reprises en sous-œuvre, opérations courantes d’un chantier de réhabilitation

2.1 Définition générale d’une reprise en sous-œuvre

L’expression reprise en sous-œuvre est très étendue. Elle ne s’applique pas à une seule technique et

est très souvent liée à des travaux de réhabilitation et de restructuration de bâtiments existants.

La reprise en sous-œuvre consiste à intervenir sur une structure porteuse existante (en sous-œuvre).

Son but est de créer une nouvelle transmission de charge (d’où la notion de reprise) en mettant en

œuvre un élément structurel nouveau.

Par exemple, il peut s’agir d’une suppression de poteaux existants et d’un report des charges sur

d’autres éléments verticaux existants par l’intermédiaire d’une poutre.

Figure 1.2.1.5-1 : Reprise en sous-œuvre : suppression de poteaux existants et mise en place d’une poutre ancrée dans un

voile béton

Page 30: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 30

2.2 Les grands types de reprises en sous-œuvre

Une reprise en sous-œuvre s’applique aussi bien aux éléments d’infrastructure du bâtiment qu’à la

superstructure de celui-ci.

Cependant, lorsqu’on évoque la notion de reprise en sous-œuvre, on pense en premier lieu à son

application à une fondation existante. C’est également celle-ci que l’on retrouve dans les premiers

résultats de recherches bibliographiques.

Je ne me suis pas intéressé à la reprise en sous-œuvre de fondations existantes.

En effet, les nouvelles structures du projet de la BNU étaient fondées sur des fondations nouvelles

(micro-pieux, jet grouting ou fondations ancrées dans le bon sol directement – celui-ci se trouvant à

un peu plus de 5m par rapport au niveau de référence)

En superstructure, les reprises en sous-œuvre concernent essentiellement :

La modification de structure porteuse

La création d’ouverture dans des porteurs verticaux (porte, fenêtre, baie,…) ou horizontaux

(trémie dans une dalle).

Dans le cas d’une ouverture verticale, une mise en œuvre d'un linteau doit être réalisée afin de palier

au transfert de la descente vers les murs et non pas dans le vide créer.

Pour une ouverture horizontale, il y a lieu de réaliser un chevêtre autour de l’ouverture.

2.3 Liens entre un chantier de réhabilitation et les reprises en sous-

œuvre

Les reprises en sous-œuvre interviennent dans des réhabilitations de bâtiment. En effet, l’objectif

premier d’une réhabilitation témoigne d’une volonté architecturale nouvelle. Celle-ci vise à modifier

l’organisation intérieure du bâtiment en intervenant sur la structure porteuse de celui-ci.

Par exemple, pour donner de la clarté à un volume ou pour en agrandir l’espace, la volonté

architecturale peut se manifester par une suppression de poteau.

D’un point de vue sécurité, il peut y avoir la nécessité d’agrandir des ouvertures, de créer des

évacuations supplémentaires,…

Dans tous les cas, la transmission de charge doit être recréée, témoignant d’une reprise en sous-

œuvre.

Page 31: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 31

2.4 L’importance du transfert de charge

L’étape la plus importante lorsqu’on vient opérer une modification d’une structure existante et de sa

descente de charge consiste à assurer la continuité entre la structure existante et la structure

incorporée.

Ce transfert de charge assure le passage d’un point d’application vers un autre (dans la totalité ou

partiellement).

L’opération consiste finalement à charger les nouveaux appuis sans apporter de désordre dans la

structure existante.

Dans le cas d’une création d’ouverture, il y a lieu de réaliser un matage qui consiste à bourrer et

refouler ou comprimer un mortier dans l’espace compris entre la surface du linteau et celle de la

structure existante afin d’éviter tout déplacement ultérieur à la mise en charge de l’ouvrage.

2.5 Transfert de charge par vérinage

2.5.1 Généralités

Dans le cadre du projet de la BNU, j’ai été amené à réaliser des recherches sur le vérinage. En effet,

certains transferts de charge important nécessitaient la mise en place de vérins de façon provisoire

ou définitive.

Les applications du vérinage sont nombreuses.

On les retrouve le plus souvent dans des opérations de levage (remplacement d’appareils d’appuis

d’un pont,…), de déplacement de structure (ripage d’un pont,…),…

Ces opérations sont plus rares dans le domaine du bâtiment.

Leur application ne porte bien souvent que sur un transfert de charge.

Le vérinage consiste alors à transmettre les charges d’un système porteur à un autre.

Le levage de la structure est proscrit puisqu’il peut entrainer des dommages irréversibles pour le la

partie d’ouvrage en question (fissuration, rupture,…).

2.5.2 Les différents types de vérins

2.5.2.1 Les vérins à piston

Les vérins à piston sont constitués d’un corps rigide (pot) et d’un piston mobile. Un ou plusieurs

joints disposés sur le piston assurent un contact parfaitement étanche avec l’alésage du corps du

vérin.

Le corps dispose, en partie inférieure d’un orifice permettant d’injecter un fluide sous pression.

Ce fluide, couramment de l’huile hydraulique, est envoyé par une pompe dans le corps du vérin. Le

fluide forcé dans le corps produit une pression qui s’applique sur les forces internes du corps. Si cette

pression est suffisante ainsi que le débit, le piston sera poussé et déplacera donc la charge.

Page 32: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 32

On distingue deux types de vérin à piston :

Le vérin galette autrement appelé vérin plat hydraulique

Le vérin à fort tonnage

Les principaux fabricants se nomment Enerpac, La Savoisienne et Quiri

Le vérin galette

Capacité de soulèvement

De 5 à 500t

Courses

Jusqu’à 50 mm

Diamètre extérieur

De 140 à 400 mm (Enerpac ®)

De 76 à 248 mm (Savoisienne®)

Masse

De 1,25 à 45 kg

GAMMES

Faible encombrement : conçus pour

se glisser dans des espaces très réduits

AVANTAGE

Dispositif de sécurité rare (écrou de

sécurité)

Calage indépendant nécessaire

Opération de mise sur cale

risquée

INCONVENIENTS

VERIN GALETTE

Hauteur faible (5 à 10 cm) par

rapport au diamètre (20 à 50

cm)

Figure 2.5.2.1-1 : Les vérins galettes

Page 33: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 33

Le vérin à fort tonnage

Capacité de soulèvement

Jusqu’à 1000 t

Courses

Jusqu’à 407 mm (Enerpac ®)

Jusqu’à 220 mm (Savoisienne)

Diamètre extérieur

De 38 à 159 mm (Enerpac ®)

De 48 à 190 mm (Savoisienne®)

Masse

De 2,5 à 115 kg

GAMMES

Moins sensibles que les vérins

galettes aux efforts excentrés

Dispositif de calage (bague de

sécurité, écrou de sécurité) intégré

Capacité importante en termes de

charge à soulever

AVANTAGES

Hauteur importante pour

intervention

INCONVENIENT

VERIN A FORT

TONNAGE

Hauteur importante (15 à 50

cm) par rapport au diamètre (10

à 30 cm)

Figure 2.5.2.1-2 : les vérins à fort tonnage

Page 34: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 34

2.5.2.2 Le vérin plat Freyssinet®

C’est à Eugène Freyssinet que l’on doit cette invention dont le rendement

force développée/poids de l’appareil est sans égal.

Le vérin plat est un vérin hydraulique sans piston. Il s’agit d’un corps

déformable en tôle, constitués de 2 flasques embouties, assemblées par

soudage et 2 ajutages.

Les formes et diamètres varient en fonction des besoins. Si le vérin plat

standard est circulaire, il peut être réalisé selon la forme désiré (oblong,

rectangulaire,…).

Dans le cas où le vérin reste en place, le remplissage du vérin s’effectue généralement au mortier de

ciment sans retrait ou à la résine époxy.

VERIN PLAT

(Freyssinet®)

Etat initial

Après mise en

pression

Capacité de soulèvement

Jusqu’à 910 t

Courses

De 15 à 55 mm

Diamètre extérieur

De 70 à 1016 mm

Masse

Très léger

GAMMES

Figure 2.5.2.2-1 : les vérins plats (©Freyssinet)

Page 35: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 35

Faible encombrement

Légèreté

Simplicité de mise en œuvre

Capacité de développer une force considérable

Prix

Possibilité d’être utilisé avec des produits qui restent incorporés à la structure et

servant d’appui définitif

Mise en charge définitive, pas de calage (plaque métallique,…)

AVANTAGES

Faible course

Usage unique (retour à la forme d’origine complexe)

Fragilité en cas de surpression accidentelle

INCONVENIENTS

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 36

2.5 Reprises en sous-œuvre pour la création d’ouverture dans un mur

porteur

Le début du Projet de Fin d’Etudes consistait à m’intéresser aux petites reprises en sous-œuvre du

projet.

Celles-ci concernaient la création d’ouverture dans des murs porteurs.

Il s’agissait de les lister et de proposer des procédures d’exécution.

J’ai effectué une recherche documentaire sur les techniques existantes de création d’ouverture.

Les techniques ne sont pas nombreuses.

Elles diffèrent essentiellement en fonction de :

La nature du mur à reprendre : maçonnerie, béton, grès,… ;

L’épaisseur du mur à reprendre ;

La nature du linteau à mettre en œuvre : linteau en acier, linteau en béton coulé sur place,

linteau en béton préfabriqué.

2.5.1 Nature du mur à reprendre

Les murs porteurs intérieurs de la BNU sont essentiellement réalisés en maçonnerie.

Seules 2 ouvertures sont à créer dans un mur en béton (au niveau du niveau N-1 dans l’ancienne

chambre forte). Pour se faire, on effectue un moisage puis le béton est scié à l’aide d’une scie sur rail.

Je me suis donc plus particulièrement intéressé qu’aux techniques de création d’ouvertures dans les

murs en maçonnerie.

Les seuls murs en grès du bâtiment sont les murs de façades.

Les ouvertures à créer dans ceux-ci ne figurent pas dans le lot du groupement d’entreprise.

Ils sont à charge du lot N°21 : maçonnerie – pierre de taille – sculpture.

2.5.2 Nature du linteau à mettre en œuvre

Deux matériaux sont en concurrence : l’acier et le béton.

En réhabilitation, l’acier est très utilisé dans les reprises en sous-œuvre. En effet, il dispose

d’avantages uniques de préfabrication, de rapidité de mise en place, de facilité de montage et de

capacité portante immédiate avec des ratios poids/résistance et résistance/encombrement

excellents.

De ce fait, il se démarque très largement du béton.

Page 37: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 37

Linteau en acier

Linteau en béton coulé sur place

Linteau préfabriqué

Légèreté

Diversité de la gamme (section, type,…)

Rapidité de montage

Ouverture créer rapidement -> pas de temps de durcissement

Délai de fabrication du profilé

Matage nécessaire

Linteau en acier

Avantages

Inconvénients

Produit non fini : nécessité d'un enrobage des profilés dans un

second temps

Linteau fini : pas d'enrobage ultérieur à réaliser

Adapté à toutes les dimensions d'ouvertures

Matage non nécessaire

Fabrication manuelle du béton nécessaire si aucun accès à la grue

Avantages

Inconvénients

Temps de réalisation : coffrage, ferraillage, bétonnage

Temps de séchage avant la création de l'ouverture pour un béton

normal

Linteau en béton coulé sur place

Linteau fini : pas d'enrobage ultérieur à réaliser

Adapté à toutes les dimensions d'ouvertures

Matage non nécessaire

Prix

Inconvénients

Temps de réalisation : pose, coffrage, ferraillage, bétonnage de la

Prélinteau faisant office de fond de coffrage

Deux interventions nécessaires : pose du prélinteau puis

bétonnage de la surépaisseur

Inconvénients du béton coulé en place : temps de séchage,

fabrication manuelle du béton de la surépaisseur,…

Linteau en béton préfabriqué

Avantages

Page 38: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 38

2.5.3 Les deux techniques utilisées

Finalement, la création d’ouverture avec un linteau en acier est très bien adaptée à ce type de

chantier où les accès sont difficiles et encombrés.

En discutant avec le chef de chantier, c’est également ce type de matériau qu’il a l’habitude d’utiliser

dans ce genre d’application.

Après la phase de recherche, deux techniques de création d’ouverture avec linteau en acier sont

couramment utilisées :

La méthode des demi-poutres

La méthode du chevalement

2.5.3.1 La méthode des demi-poutres

Figure 2.5.3.1-1 : la méthode des demi-poutres

Arriver à la même cote pour la deuxième moitié

Inconvénients

Temps de réalisation : répéter deux fois la même opération

Pas trop adapté à des ouvertures de largeur importante

Technique adaptée qu'au mur d'épaisseur importante

Technique des demi-poutres

Avantages

Pas d'étaiement venant gêner la bonne conduite des travaux

Linteau en deux parties : mise en place moins contraignante

PHASAGE

1. Saignées verticales dans la maçonnerie de part et d’autre de

l’ouverture.

2. Réalisation des fondations des poteaux définitifs.

3. Fixation des poteaux métalliques définitifs.

4. et 5. Première engravure horizontale dans la maçonnerie sur

une demi-épaisseur et pose du premier demi-linteau métallique

avec matage.

6. et 7. Seconde engravure horizontale dans la maçonnerie sur

l’autre demi-épaisseur et pose du second demi-linteau

métallique avec calage.

8. Création de l’ouverture par démolition.

9. Enrobage des profilés par du béton et habillage si nécessaire

Les opérations 1, 2, 3 ne sont pas systématiques.

Page 39: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 39

2.5.3.2 La méthode du chevalement

Phasage

Calage du chevalement à ne pas négliger

Interaction avec le matériel d'étaiement lors des travaux

Pas bien adapté pour des ouvertures à des hauteurs importantes

Avantages

Inconvénients

Technique adaptée pour tous les types d’ouvertures et jusqu’à

des largeurs importantes

Technique du chevalement

Risque très mesuré pour la structure : étaiement de l'ensemble

Temps de réalisation : montage/démontage du chevalement

PHASAGE

1. Saignées verticales dans la maçonnerie de part et d’autre de

l’ouverture.

2. Réalisation des fondations des poteaux définitifs.

3. Fixation des poteaux métalliques définitifs.

4. Percements ponctuels dans la maçonnerie au-dessous ou au-

dessus du plancher.

5. Mise en place de profilés de chevalement avec calage serré

(matage).

6. Pose des tours d’étais de part et d’autre de chaque profil de

chevalement ou encore de portiques spéciaux construits à cet

effet.

7. Création de l’ouverture par démolition .

8. Mise en place du linteau métallique avec calage serré (matage)

sous la maçonnerie.

9. Réalisation d’une longrine de liaison éventuelle entre les

nouveaux massifs de fondation

Les opérations 2 et 9 ne sont pas systématiques.

Figure 2.5.3.2-1 : la méthode du chevalement

Page 40: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 40

2.5.4 Documents créés

Finalement, les différentes recherches ont abouti à la rédaction de 2 modes opératoires (intégrant

une analyse de risques – voir dans la partie 4 pour l’explication du document).

Pour faciliter l’identification et présenter les caractéristiques de l’ouverture à créer afin que le

bureau d’études structure puisse dimensionner le profilé à mettre en œuvre, j’ai mis au point une

fiche résumant ces principales caractéristiques :

Localisation de l’ouverture par files et axes

Dimensions

Photo de l’existant (mur concerné)

Une vue en plan du projet

Coupe présentant l’ouverture et les niveaux existants et futurs

D’éventuels commentaires

Un exemple de fiche est visible en Annexe 1.2

2.5.5 Bilan sur la création d’ouvertures

En ce qui concerne les créations d’ouvertures, l’organisation du travail s’est effectuée en fonction du

besoin du chantier.

Comme le niveau -1 était en premier concerné par des démolitions et terrassements, il m’a fallut

identifier les ouvertures prévues ainsi que leur caractéristiques (ouverture toute hauteur, ouverture

pour porte, ouverture sans porte,…).

Des demandes d’ouvertures provisoires ont également été adressées au bureau d’études dans le but

de pouvoir passer avec des engins de démolition et terrassement.

Le travail sur la création d’ouverture s’est essentiellement déroulé en début de PFE.

De nombreuses ouvertures sont encore prévues dans les étages du bâtiment.

Afin de faciliter leur création (problèmes de hauteur, d’accès,…), elles interviendront essentiellement

lorsque les nouvelles dalles auront été coulées.

Les 2 techniques présentées en Annexe 3.1 et 3.2 seront appliquées.

La suite du PFE s’est ensuite orientée vers la reprise en sous-œuvre du dôme.

Un certain nombre de points sur cette opération d’envergure nécessitait encore une réflexion,

essentiellement orientées organisation, phasage et optimisation.

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 41

3 Reprises en sous-œuvre du dôme

3.1 Introduction

Les travaux sous la coupole centrale constituent la partie centrale du projet.

Cette partie représente également la zone la plus délicate du chantier. En effet, il s’agit de modifier

intégralement le système porteur de la coupole tout en la conservant en l’état, celle-ci étant classée

Monument Historique.

La notion de reprise en sous œuvre y trouve donc tout son sens. La suite de cette partie montrera

que plusieurs techniques de reprises en sous-œuvre ont été mises en œuvre.

Comme développé dans la première partie du rapport, la volonté architecturale principale se

retrouve également dans cette partie d’ouvrage. Il s’agit de mettre en valeur la coupole en ouvrant

l’espace sur toute la hauteur.

C’est également à cet endroit que se situera l’escalier monumental, principal axe de circulation de la

future bibliothèque.

3.2 La structure

3.2.1 Structure existante

3.2.1.1 Organisation générale

Le noyau central de la bibliothèque s’organise autour de :

trois niveaux de magasins centraux aux niveaux 0, 1 et 2 une grande salle de lecture au niveau 3 la salle de lecture est en partie illuminée par la lumière naturelle provenant du dôme et

diffusée par le plancher de verre

Page 42: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 42

Figure 3.2.1.1-1 : Vue en élévation de l’organisation générale existante

3.2.1.2 Système porteur

Le noyau central se décompose en deux noyaux :

Un noyau interne portant directement la coupole Un noyau externe venant contrebuter le noyau interne

3 niveaux de magasins centraux (dalles

rajoutées en 1950)

Coursives périphériques

Plancher métallique avec briques de verre

Vide sous coupole

Salles de lecture

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 43

2

1

1

2

1

2

2

1 Noyau interne

Noyau externe

Figure 3.2.1.2-1 : Système porteur de la structure existante

Page 44: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 44

Noyau interne

Du haut vers le bas, le noyau interne se compose de :

1. Une partie haute en maçonnerie

2. Une première série de petites voûtes

3. Une grande voûte par côté, remplie par des croisillons en plâtre.

4. Trois poteaux par angle

Les pieds de la grande voûte sont supportés par 3 poteaux en fonte, noyés dans des voiles en béton

armé depuis la rénovation de 1950.

Figure 3.2.1.2-2 : Elévation du dôme avec organisation du noyau interne

1

2

3

4 4

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 45

Noyau externe

Le noyau externe possède un plan carré de 19.00 x 19.00m et s’élève jusqu’à 23.50m de hauteur. Le

mur est constitué de maçonnerie en partie intérieure et de pierre de taille sur les parements

extérieurs.

3.2.2 Projet

Le projet vise à modifier l’ensemble du système porteur.

Les plus grandes modifications interviennent sur le noyau interne. Celui-ci sera entièrement démoli

et remplacé par un nouveau système porteur moins volumineux afin de gagner en espace et en

clarté.

Le noyau externe sera partiellement démoli afin de réaliser des ouvertures permettant la circulation

depuis les différentes ailes du bâtiment vers le cœur de la bibliothèque.

Dans la suite du projet, seule la reprise en sous-œuvre du noyau interne sera évoquée.

La coupole et la maçonnerie sous celle-ci (sur environ 3m) sont conservées (1). Le reste est démoli

(petites voûtes, grandes voûtes, poteaux existants, ...)

Une poutre de couronnement entourera le noyau interne (2) et prendra appui sur des poteaux voiles

en forme de L aux 4 angles (en lieu et place des 4 séries de 3 poteaux) (3).

Ces poteaux voiles sont appelés méga-cornières dans le projet. Cette dénomination sera employée

dans la suite des explications.

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 46

Figure 3.2.1.2-1 : Elévation du dôme avec le système porteur du projet

1

2

3

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 47

Figure 3.2.1.2-2 : superposition des poteaux existants et des méga-cornières du projet

En gris, les poteaux existants

En rose, les méga-cornières du projet

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 48

3.3 Présentation des 2 variantes : modes opératoires, phasages et

comparaison

Cette partie est consacrée à la comparaison de 2 réponses constructives pour la reprise en sous-

œuvre générale du dôme.

Le résultat final étant commun, à savoir la refonte totale du système porteur de la coupole

(démolition des anciens poteaux et voûtes, construction de méga-cornières surmontées d’une poutre

de couronnement), les changements importants interviennent dans le phasage et les ouvrages

provisoires mis en place.

3.3.1 Variante 1 : solution technique initiale

Il s’agit de la variante initiale du maître d’œuvre, celle sur laquelle les entreprises ont été consultées.

C’est la solution constructive qu’on retrouve dans le Cahier des Clauses Techniques Particulières

(C.C.T.P).

Elle s’organise autour du phasage suivant :

1. Déconstruction du plancher en verre sous la coupole et démolition de la résille décorative.

Les poutres secondaires et tous les éléments verriers ainsi que les platelages sont démolis. Seuls les

trois poutres principales restent en place en phase provisoire

La résille décorative et les croisillons de remplissage des arches périphériques sont démolis.

2. Démolition des planchers des magasins centraux

Les dalles en béton armé de 15 cm des trois niveaux de magasins sont démolies. Ces dalles

n’interviennent pas dans le contreventement de la structure puisqu’il s’agit de dalles rajoutées lors

de la première rénovation en 1950.

3. Démolition du radier des magasins centraux

Le radier supportant les montants des étagères supports des dalles des magasins centraux est

démoli.

Une fois démoli, les terrassements complémentaires pour la création du sous-sol central sont

effectués.

Page 49: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 49

4. Réalisation des micro-pieux et dés de fondations pour supportage de l’ossature métallique

de reprise de la coupole

En phase provisoire, la coupole est étayée à l’aide d’une ossature métallique massive. Pour

reprendre l’importante charge, des micro-pieux sont réalisés. Ils sont dimensionnés pour pouvoir

reprendre une charge unitaire de 40t chacun.

5. Mise en place de l’ossature métallique provisoire d’étayage de la coupole

Il s’agit du point le plus délicat de la reprise en sous-œuvre.

La coupole et la maçonnerie support sont supportées provisoirement par une ossature métallique,

estimée à environ 60t !

Figure 3.2.1.2-1 : Vue en plan de l’ossature métallique provisoire de reprise en sous-œuvre de la coupole

NOTA :

En bleu : la future poutre de couronnement

En rose : l’ossature métallique provisoire mise en place

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 50

L’ossature est principalement constituée de :

poteaux (IPE 300 et IPE 270) de 24 m de hauteur : 4 par côtés = 16 poteaux.

poutres : constituées d’IPE 500 (en partie haute, tout autour du dôme et de chaque côté de

la future poutre de couronnement en béton) et d’HEA 240 (entre les poteaux, faisant office

de chevalement).

tubes pour contreventer et stabiliser l’ensemble

La reprise en sous-œuvre provisoire se fait par chevalement. Des carottages dans la maçonnerie de la

coupole sont effectués. Un HEB 200 est passé à travers et repose sur un IPE 300 collé à un IPE 270

toute hauteur (environ 24m) de chaque côté.

Figure 3.2.1.2-2 : Vue sur le chevalement en haut du noyau interne

L’ossature est mise en charge par un système de vérins plats hydrauliques.

Partie démolie lorsque la

coupole est étayée et mise en

charge

Hauteur entre le

niveau de la semelle

et le niveau du

chevalement :

24.97m

Page 51: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 51

Les poteaux provisoires dans l’emprise des futures méga-cornières restent en place définitivement et

sont noyés dans le béton de celles-ci.

6. Démolition des poteaux d’angle existants et de la coursive périphérique

Lorsque la coupole est supportée, le système porteur vertical et les coursives sont démolis.

7. Réalisation des fondations, des méga-cornières et de la poutre de couronnement

La dernière étape, et non des moindres, consiste à reconstruire le nouveau système porteur

constitué des méga-cornières et de la poutre de couronnement.

3.3.2 Variante 2 : solution technique proposée par le groupement

d’entreprises

Lors de la remise du Dossier de Consultation des Entreprises, le groupement formé a décidé de

varianter la solution initiale de la maîtrise d’œuvre.

Le phasage est le suivant :

1. Réalisation de la poutre de couronnement

La structure métallique et le plancher en verre sont entièrement conservés en première phrase. Ils

servent de platelage pour la réalisation de la poutre de couronnement.

2. Démolition des planchers des magasins centraux

Idem à la variante 1.

La démolition des planchers est indépendante à la réalisation de la poutre de couronnement.

Ces opérations peuvent être réalisées simultanément.

3. Démolition du radier des magasins centraux

4. Réalisation des semelles de fondation du futur étaiement

Les plots d’étaiement sont posés sur des semelles de fondations (605 x 366,5 x 100 ht). Un gros

béton de rattrapage du niveau gravier est coulé préalablement.

5. Etaiement de la poutre de couronnement avec des tours MILLS®

Quatre plots de tours MILLS sont montés depuis le haut de la semelle (137.33 NGF) et jusqu’au bas

de la poutre de couronnement (161.20 NGF).

Des trémies sont ouvertes dans les coursives pour permettre le passage des éléments d’étaiement

L’étaiement est mis en charge par vérinage.

Page 52: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 52

6. Démolition des poteaux d’angle existants et de la coursive périphérique

C’est lors de cette phase que le plancher de verre et métal est détruit. Il aura servi jusqu’à ce

moment.

7. Réalisation des fondations et des méga-cornières

Les méga-cornières sont bétonnées par levées successives jusqu’au bas de la poutre de

couronnement.

Une mise en charge des méga-cornières par vérins plats (type Freyssinet®) est prévue.

3.3.3 Comparaison des 2 variantes

3.3.3.1 Comparaison technique

En comparant les deux solutions constructives, deux grandes différences apparaissent :

La phase de réalisation de la poutre de couronnement

Le système d’étayage de la coupole

La poutre de couronnement

La réalisation de la poutre de couronnement à la fin des levées de béton des méga-cornières est le

mode de réalisation classique d’un élément porteur horizontal après un élément porteur vertical.

Cependant, vu la hauteur (environ 24m), l’opération n’est pas du tout classique.

Un échafaudage toute hauteur et de part et d’autre de la poutre de couronnement doit être monté

ce qui représente un linéaire de 110 mètres (pour 24m de hauteur).

La réalisation de la poutre induit également un étaiement.

Par quel moyen ? Des étais de 24m étant introuvable, une solution consiste à monter des tours

d’étaiement sur 24 mètres de haut.

En la réalisant avant toute démolition et autre opération, la variante 2 a l’avantage de se servir du

plancher de verre et métal en place. Celui-ci est à une bonne hauteur de travail et permet d’être en

parfaite sécurité.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 53

Figure 3.3.3.1-1 : Le plancher métallique existant sert de plateforme de travail

En outre, l’économie d’un platelage, toute hauteur et de part et d’autre de la poutre, est réalisée.

En la réalisant en première phase, une reprise en sous-œuvre provisoire est cependant à prévoir.

Elle sera traitée dans la partie 3.4.1.

Elle occasionne une dépense d’environ 50 000 euros (tabourets, moisage par profilé UPN 300, plots

en maçonnerie,... )

Le système d’étayage de la coupole

L’ossature métallique de la variante 1 a deux grands inconvénients :

la mise en place

le recyclage après démontage

Du fait du seul et étroit accès disponible en bas du dôme (largeur d’ouverture = 2.50m), il est

quasiment impossible de rentrer du matériel de levage (grue du type PPM ou autre).

La coupole étant laissée en place, il est également impossible d’utiliser la grue à tour.

La mise en place de l’ossature pourrait se faire à l’aide de ponts roulants ou autre mais s’avère dans

tous les cas très complexes et/ou coûteuse.

De plus, la mise en place des profilés en partie haute et leur assemblage avec les éléments verticaux

s’avèrent encore plus compliqués.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 54

Sans compter les problèmes de passage, d’accès et d’encombrement qu’occasionnent l’ossature :

Passage et accès en hauteur des engins de démolition

Amené des matériaux et du matériel (béton, coffrage, acier,… des méga-cornières)

Un autre problème se pose. Lorsque les méga-cornières sont réalisées, toute l’ossature métallique

provisoire est censée être démontée.

Le démontage est une nouvelle opération très complexe et dangereuse mais surtout se pose la

question de l’usage des profilés après avoir été démontés. Les revendre ? Les jeter ?

Le système d’étaiement par tour classique de la variante 2 est bien plus adapté.

Les différents éléments, rangés en racks de stockage sont plus faciles à apporter au pied des tours, à

assembler ensemble puis à démonter.

En plus d’être simple de réalisation, cette solution s’avère très certainement économique (le matériel

est loué)

3.3.3.2 Comparaison économique

La comparaison économique s’effectue uniquement sur les opérations différentes aux deux

variantes.

Ainsi les opérations mêlées à la démolition de la structure existante et à la réalisation des méga-

cornières sont considérés identiques et ne sont pas pris en compte.

L’étude économique comparative porte essentiellement sur les deux différences analysées ci-dessus.

Les prix de la variante 1 sont issus de la Décomposition du Prix Globale et Forfaitaire (D.P.G.F).

Ceux de la variante 2 intègrent des prix réels (pour l’étaiement notamment) et des prix de la D.P.G.F.

Le tableau comparatif est visible en annexe 1.3

L’économie de la variante 2 sur les deux grandes différences est estimée à 266 211,44 €

Les difficultés générales d’accès, de manutention, d’amenée de matériau et matériel, de réalisation

des nouveaux porteurs dans l’emprise de l’ossature ne sont en plus pas prises en compte. Celles-ci

influent directement sur les temps de réalisation, les techniques employées, le matériel à mettre en

œuvre. Ces différents paramètres sont difficilement quantifiables. Mais ils auraient existé.

Au final l’économie réalisée est encore plus importante.

3.3.3.3 Bilan

En plus d’être plus simple, la variante 2 s’avère être plus économique

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 55

3.4 Analyse détaillée de la variante du groupement d’entreprises

3.4.1 La poutre de couronnement

3.4.1.1 Structure générale

La poutre de couronnement est composée de 4 poutres :

2 poutres côtés Est et Ouest réalisées sur toute la largeur et ancrées dans le noyau externe

de la structure.

2 poutres côtés Nord et Sud sont ancrées dans les deux poutres principales.

Cet ancrage dans le noyau externe permet d’assurer un contreventement et une stabilité en phase

provisoire. Les excroissances de chaque côté seront sciées ultérieurement afin d’obtenir la structure

de couronnement finale.

Figure 3.4.1.1-1 : Poutre de couronnement

Nord Sud

Ouest

Est

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 56

3.4.1.2 Reprise en sous-œuvre provisoire de la coupole et transfert de charge sur la

structure porteuse existante

La variante du groupement d’entreprise propose de réaliser la poutre de couronnement en première

phase.

Cette opération nécessite la démolition des pieds de voûte dans l’emprise de la future poutre de

couronnement.

Les charges de la partie supérieure du dôme (maçonnerie et structure métallique de la coupole) qui

passaient par les pieds de voûte doivent être transférées à la structure porteuse verticale sous-

jacente constituée d’une grande voûte par l’intermédiaire d’une structure provisoire.

Figure 3.4.1.2-1 : Reprise en sous-œuvre provisoire de la coupole et transfert de charges

Charge de la coupole et de la maçonnerie conservée

Future poutre de couronnement

Transfert de charge provisoire à assurer

Pieds de voûte à démolir pour la réalisation de la

poutre de couronnement

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 57

3.4.1.3 Variantes de reprise en sous œuvre provisoire

Plusieurs variantes sont à mettre en concurrence pour reprendre les charges du dôme avant la

démolition des pieds de voûte.

Elles ont toutes en commun une opération préliminaire qui consiste à reboucher le haut de la voûte

avec du béton armé dont les armatures sont scellées dans la maçonnerie (en rouge sur la figure ci-

dessous).

Ce rattrapage en béton permettra ensuite de réaliser l’appui sur la structure provisoire de reprise en

sous œuvre.

Figure 3.4.1.3-1 : Etape préliminaire : bétonnage de la partie haute des voûtes

Page 58: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 58

Variante 1 : poteau en béton armé

Une première solution consiste à réaliser un poteau en béton armé sur la hauteur de la voûte.

La partie haute serait noyée dans la poutre de couronnement et la partie basse serait sciée après

l’étaiement de la poutre de couronnement.

Figure 3.4.1.3-2 : Schéma de la variante 1 : poteau en béton armé

Avantage

Structure massive et résistante

Inconvénients

Coffrage

Sciage et démolition ultérieurs de la partie basse complexe et longue

Continuité des aciers avec le reste de la poutre de couronnement : nombre important de

coupleurs nécessaires => prix et mise en œuvre

Retrait du béton : nécessité d’employer un béton sans retrait ou de bétonner en deux

parties :

1 levée normale

1 levée de 5 cm avec un béton sans retrait

Partie sciée en seconde phase

Partie noyée dans la future poutre de couronnement

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 59

Les quatre variantes restantes et analysées ci-dessous utilisent la méthode des tabourets.

Les tabourets sont dans l’emprise de la future poutre de couronnement et sont noyées dans celle-ci.

Variante 2 : tabourets sur étaiement provisoire

Cette solution consiste à poser les tabourets sur des tours d’étaiement laissées en place jusqu’à

l’étaiement ultérieur de la poutre de couronnement depuis le niveau bas du dôme.

Figure 3.4.1.3-3 : Variante 2 : tabourets sur étaiement provisoire

Avantages

Facilité et rapidité de mise en œuvre

Prix

Etaiement simple et rapide à démonter une fois la poutre de couronnement réalisée et

étayée depuis le bas du dôme

Inconvénients

Système d’étaiement (dimension, résistance) non standard => fabrication spécifique

obligatoire

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 60

Variante 3 : tabourets sur plots en béton armé

Cette variante consiste à réaliser un plot en béton en partie basse.

Figure 3.4.1.3-4 : Variante 3 : tabourets sur plots en béton armé

Avantages

Plot massif et résistant

Possibilité de noyer la partie basse du tabouret dans le béton

Inconvénients

Coffrage et bétonnage : temps de réalisation

Démolition ultérieure du plot béton

Prix

Approvisionnement en béton très délicat : pompe à béton obligatoire pour un faible

volume => coût !

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 61

Variante 4 : tabourets toute hauteur

Il s’agit de la solution la plus simple. Elle consiste à poser des tabourets entre la partie de la voûte

supérieure remplie en béton et la voûte sous jacente.

Figure 3.4.1.3-5 : Variante 4 : tabourets toute hauteur

Avantages

Un seul type de travaux : pas de coffrage, bétonnage => rapidité de mise en œuvre

Un seul élément (et un seul matériau) où transitent les charges : pas de problème de

continuité et de transfert de charge sur la hauteur

Inconvénients

Difficulté de coffrage de la poutre de couronnement à travers les tubes des tabourets

Poids des tabourets : installation manuelle car pas de moyens de levage sous le dôme

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 62

Variante 5 : tabourets sur plots en maçonnerie

Le plot en béton armé de la variante 3 est remplacé par des parpaings, plus rapide et facile à mettre

en œuvre (pas de coffrage ni de ferraillage) et à démolir.

Figure 3.4.1.3-6 : Variante 5 : tabourets sur plots en maçonnerie

Avantages

Plot massif et résistant

Simplicité de mise en œuvre de la maçonnerie

Plot faisant office de fond de coffrage de la poutre

Démolition de la maçonnerie plus facile que le béton armé

Approvisionnement en matériau plus facile et plus économique

Inconvénients

Résistance de la maçonnerie et de l’ensemble en cas de secousse sismique pendant la phase

provisoire

Efforts transitent par plusieurs éléments et matériaux différents

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 63

Choix de la méthode

La variante 1 peut très vite être éliminée. En effet, elle est ni adaptée à la construction des poteaux,

ni à leur démolition. Elle s’avère complexe et peu économique.

La variante 2 me semble être la plus intéressante. Elle allie simplicité, rapidité et donc économie.

Cependant, elle est nécessite un matériel d’étaiement non disponible sur le marché : elle est donc

éliminée.

La variante 3 est intéressante structurellement mais éliminée en raison des problèmes liés au

bétonnage des plots et de leur démolition ultérieure.

La variante 4 est intéressante d’un point de vue structurel (un seul matériau où transitent les

charges) mais se heurte à des difficultés de transport et de mise en place des tabourets en raison de

leur masse.

La solution 5 s’avère un peu délicate en terme de matage du tabouret sur le plot en maçonnerie. Elle

offre néanmoins un bon compromis entre les avantages des différentes solutions (résistance de

l’ensemble, coffrage ultérieur de la poutre, démolition finale des plots,…).

C’est la variante 5 qui a été choisie.

Variante choisie : tabourets sur plots en maçonnerie

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 64

3.4.1.4 Variante choisie : tabourets sur plots en maçonnerie

Les charges passent successivement dans :

Le béton sous la clé de voûte (préalablement mis en œuvre afin de donner une surface plane

à la tête de voûte)

L’acier des tabourets

les plots en maçonnerie

Figure 3.4.1.4-1 : Cheminement des efforts après la démolition des pieds de voûte

Les tabourets sont dans l’emprise de la future poutre de couronnement. Ils seront noyés dans celle-

ci. Ils sont constitués de 6 tubes pleins de diamètre 40 mm soudés sur deux platines de 3 cm

d’épaisseur

A noter que l’UPN 300 fait office de moisage afin de rigidifier la maçonnerie ancienne.

Deux plots surmontés chacun d’un tabouret sont mis en œuvre sous chaque petite voûte.

2

3

1

2 2

3 3

2 2

1 3 3

1

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 65

Figure 3.4.1.4-2 : Vue en plan de l’implantation des tabourets

Pied de voûte

Plot de maçonnerie

+ tabouret

Page 66: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 66

3.4.1.5 Points particulier à soigner pour un bon transfert de charge

Afin d’obtenir un cheminement des efforts jusqu’à la structure porteuse sous-jacente, il faut

s’assurer d’une continuité parfaite entre les différents éléments structuraux de la reprise en sous-

œuvre.

Cette continuité permet d’assurer une transition et un contact sans faille entre les différentes

surfaces : béton/semelle supérieure du tabouret, plaque inférieure du tabouret/semelle de

nivellement en béton du plot de maçonnerie

Les espaces vides et les imperfections de planéité entre ces différents éléments sont comblés en

réalisant un lit de mortier sans retrait de type seltex®. Il s’agit du matage.

Matage au seltex

Figure 3.4.1.5-1 : Coupe dans l’axe des tabourets et matage au seltex©

Page 67: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 67

Lorsque le matage au seltex® des tabourets sur le plot en maçonnerie (en partie basse) et sur le

béton (en partie haute) est réalisé, les pieds de voûtes peuvent être démolis : les charges du dôme

passent alors intégralement dans les tabourets.

Espace vide

entre le tabouret

et le béton sous

la voûte comblé

au seltex®

Le bas du tabouret est également noyé dans le seltex®

Figure 3.4.1.5-2 : Matage soigné en partie haute et basse des tabourets

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 68

Figure 3.4.1.5-3 : Pied de voûte démoli (à droite) et avant démolition (à gauche)

Pied de voûte démoli

Page 69: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 69

3.4.2 L’étaiement

L’étaiement de la coupole en phase provisoire est réalisé à l’aide de tours MILLS.

3.4.2.1 Présentation du Millstour®

Le MILLSTOUR® est constitué d’éléments préfabriqués modulés, emboîtables les uns aux autres et verrouillés sans apport de clavettes ou de boulons.

Figure 3.4.2.1-1 : Photo d’une Millstour©

Les tours sont principalement constituées de : Poteau courant Poteau coulissant Cadre

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 70

Figure 3.4.2.1-2 : Eléments constitutifs de base des tours MILLS

3.4.2.2 Stabilité des tours

Comme le préconise la norme NF P 93-550 « Tour d’étaiement métallique à éléments préfabriqués »,

les tours doivent être obligatoirement contreventées dans les 2 plans verticaux.

Ce contreventement est assuré par les cadres.

Des diagonales horizontales sont également mises en place à certains niveaux pour assurer la

stabilité dans la troisième direction.

3.4.2.3 Réglage de la hauteur

Les poteaux courants et les cadres sont disponibles en une seule hauteur : 1,20m.

La hauteur de l’élément à étayer s’effectue :

Par un réglage fin des vérins de pied et de tête

Par la mise en place d’un poteau coulissant à l’avant dernier niveau réglable de 15cm en 15

cm (de 0,15m à 1,05m)

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 71

3.4.2.4 Descente de charge sur les plots d’étaiement

D’après le bureau d’études :

La descente de charge au droit des vérins côtés Est et Ouest est de : 84 800 daN

La descente de charge au droit des vérins côtés Nord et Sud est de : 60 300 daN

Les poutres côtés Est et Ouest étant traversantes sur la largeur du dôme, elles sont considérées

principales.

Les poutres côtés Nord et Sud sont considérées encastrées à ces poutres principales.

La différence de descente de charge provient de cette considération.

D’un point de vue RDM, les poutres côtés NORD et SUD sont sur 4 appuis (2 appuis simples sur les

plots d’étaiement et 2 encastrements aux poutres principales). De leurs côtés, les poutres côtés EST

et OUEST sont sur 4 appuis simples (2 sur les plots d’étaiement et 2 sur le noyau externe du dôme)

mais reçoivent les réactions d’appuis des poutres côtés NORD et SUD.

Figure 3.4.2.4-1 : Descentes de charge sur les plots d’étaiement

84800 daN

60300 daN

SUD NORD

EST

OUEST

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 72

Plots d’étaiement côté Nord et Sud Les plots d’étaiement côté Nord et Sud sont constitués de Millstour MT100.

Cette dénomination signifie que chaque poteau peut reprendre une charge de 10 tonnes.

Cette charge est déduite d’essais officiels réalisés selon les modalités définies par la norme NF P 93-

550 en prenant un coefficient de 2 par rapport au cas de ruine le plus défavorable enregistré sur des

tours libres en tête et avec les vérins entièrement sortis.

Le plot d’étaiement comprend 2 modules de cadres : 1 module de 1m à chaque extrémité sur

lesquelles descendront les charges et 2 modules de 1,60 au centre.

20 poteaux forment chaque bloc Nord et Sud.

Les charges descendront sur 16 poteaux (8 poteaux par appui).

Plots d’étaiement côté Est et Ouest Les côtés Est et Ouest sont étayés au moyen de Millstour MT 65 (chaque poteau est susceptible de

reprendre 6,5 tonnes).

Ces 2 blocs intègrent, en partie basse, une ouverture permettant le passage d’engin pour terrasser et

approvisionner des matériaux et matériels dans la zone centrale et la zone Ouest.

D’autre part, comme la descente de charge est plus importante de ces côtés, les poteaux sont

doublés à l’aide d’une barrette de 30cm.

Chaque poteau peut donc reprendre une charge de 13 tonnes.

Figure 3.4.2.4-2 : La barrette de liaison permet de double le poteau

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 73

3.4.2.5 L’implantation des tours

Généralités Au vu de la descente de charge, les tours sont implantées sur des semelles de fondations,

spécialement réalisées pour cette phase provisoire.

Le fond de fouille atteint le bon sol constitué de gravier.

Problèmes rencontrés lors de l’implantation

Le bloc d’étaiement est prévu d’être centré sur la poutre de couronnement à étayer.

Cependant, des poutres en béton armé liant les poteaux d’angles entre eux gênaient la bonne

montée des tours.

La solution de base consistait à démolir ces poutres préalablement.

Cependant, elles servent de contreventement à l’ensemble du noyau central.

Elles ont donc été conservées en l’état.

Figure 3.4.2.5-1 : poutres gênant le montage des tours

Les tours ont été implantées de manière à éviter au maximum ces poutres.

Conséquence : le plot d’étaiement n’est plus centré sur la poutre de couronnement

à étayer : les poteaux ne reprennent pas tous la même charge

Poutres dans l’emprise des blocs d’étaiement

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 74

J’ai relevé l’excentrement le plus important sur le plot d’étaiement côté Sud.

Deux solutions sont envisageables :

Solution 1 : Placer le vérin à l’axe de la poutre Avantage : la poutre ne reprend pas d’effort excentré

Inconvénient : la charge n’est pas répartie uniformément par poteau ce qui peut provoquer un

problème de résistance du poteau

Solution 2 : Rattraper l’excentrement en décalant le vérin au niveau de la poutre de

couronnement

Avantage : la charge reprise est répartie uniformément dans les poteaux des tours

Inconvénient : la poutre reprend un effort de torsion

Vérin décalé

Axe de la poutre de couronnement

Figure 3.4.2.5-2 : Décalage du vérin permet une répartition équivalente de la charge sur les poteaux

Page 75: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 75

Solution 1 : Placer le vérin à l’axe de la poutre

Figure 3.4.2.5-3 : Valeur d’excentrement relevée côté SUD

En bleu, la poutre de couronnement sous laquelle vient se positionner l’étaiement.

Par rapport au plan initial, l’excentrement en phase travaux est donc égal à :

e =23 – 10,8 = 12,2 cm

Implantation du plot d’après le plan

Implantation du plot en phase travaux

Descente de charge sur le plot :

60 300 daN

Descente de charge sur le plot :

60 300 daN

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 76

Incidence de l’excentrement

Le raisonnement s’effectue sur 8 poteaux reprenant la descente de charge de 60 300 daN.

Nota : en bleu, la poutre de couronnement

Figure 3.4.2.5-4 : Descente de charge de 60 300 daN côté SUD

D’après le plan : poutre de couronnement centré sur le plot d’étaiement :

Charge par poteau - plot étaiement Sud-Est - SITUATION INITIALE

Charge due à Valeur (daN) Nombre de

poteaux concernés

Charge par poteau (daN)

Coupole + maçonnerie 60300 8 7537,5

HEB 180 (longueur = 1,50m) 76,8 2 38,4

HEB 300 (longueur = 1,50m) 175,5 2 87,8

2 HEB 300 (longueur = 3m) 702 8 87,8

Plaque de répartition 56,52 8 7,1

TOTAL 61254,3 7758,5

Page 77: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 77

En situation de travaux : plot d’étaiement excentré de 12,2cm vers l’intérieur :

Figure 3.4.2.5-5 : Poteaux surchargés en situation de travaux

Charge par poteau - plot étaiement Sud-Est - SITUATION TRAVAUX - Excentrement relevé = 12,2cm

Charge due à Valeur (daN) Excentrement (cm) Poteaux

concernés par l'excentrement

Charge par poteau concerné par

l'excentrement (daN)

Coupole + maçonnerie 60300 12,2 4 9376,7

HEB 180 (longueur = 1,50m) 76,8 0 2 38,4

HEB 300 (longueur = 1,50m) 175,5 0 2 87,8

2 HEB 300 (longueur = 3m) 702 0 8 87,8

Plaque de répartition 56,52 0 8 7,1

TOTAL 61254,3 9597,6

Les poteaux les plus chargés reprennent une charge de 9597,9 daN.

Cette valeur est légèrement inférieure à la charge que peut reprendre un poteau d’une tour MT100

(10000 daN).

Cependant, au vu de la hauteur (environ 23 mètres), la norme NF P 93-550 préconise de considérer

des charges supplémentaires dues :

Aux imperfections et imprécisions de montage : 4% de charge supplémentaire à rajouter

Aux efforts secondaires : 6% de charge supplémentaire à rajouter

Descente de charge sur le plot :

60 300 daN Poteaux surchargés

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 78

Avec ces considérations, les poteaux les plus chargés reprennent :

9597,6 + (0,04 + 0,06) x 9597,6 = 10557,4 daN > 10 000 daN

Conclusion : Les tours d’étaiement ne peuvent pas reprendre la surcharge induite par

l’excentrement.

Solution 2 : Rattraper l’excentrement en décalant le vérin au niveau de la poutre de

couronnement

Cette solution a été proposée au Bureau d’Etudes OTE.

La poutre de couronnement ayant été réalisée avant l’étaiement, elle n’a pas été ferraillée pour

reprendre l’effort de torsion induit par cet excentrement.

Conclusion : La poutre couronnement ne peut pas reprendre la surcharge induite par

l’excentrement.

Solution retenue : mélanger les 2 variantes en décalant le vérin de 6 cm par rapport à l’axe

de la poutre

Conséquence pour la poutre : l’effort de torsion induit par ce décalage peut être repris pour

la poutre d’après le bureau d’Etudes OTE

Conséquence pour les tours :

Charge par poteau - plot étaiement Sud-Est - SITUATION TRAVAUX - Excentrement abaissé à 6 cm

Charge due à Valeur (daN) Excentrement (cm) Poteaux

concerné par l'excentrement

Charge par poteau concerné par

l'excentrement (daN)

Coupole + maçonnerie 60300 6 4 8442,0

HEB 180 (longueur = 1,50m) 76,8 0 2 38,4

HEB 300 (longueur = 1,50m) 175,5 0 2 87,8

2 HEB 300 (longueur = 3m) 702 0 8 87,8

Plaque de répartition 56,52 0 8 7,1

TOTAL 61254,3 8663,0

En ajoutant les surcharges dues aux imprécisions et imperfections de montage et aux efforts

secondaires :

8663,0 + (0,04 + 0,06) x 8663,0 = 9529 daN < 10 000 daN

La surcharge induite par l’excentrement de 6 cm peut être reprise par les poteaux des tours

d’étaiement.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 79

Poutraison en tête de tours Des profilés métalliques sont disposés dans les fourches pour reprendre la charge de la coupole en

phase provisoire.

J’ai effectué le prédimensionnement des profilés en tête de tour. Il est visible en Annexe 1.4.

Comme les profilés métalliques seront posés par les compagnons du groupement, ce

prédimensionnement n’a que pour but d’appréhender le poids des profilés et d’en tirer les

conséquences (location de matériel de levage pour la mise en place, combien de profilés peuvent

être mise en place sur la plateforme extérieure dont la charge admissible est de 600 daN/m²,…)

Je ne savais pas non plus qui allait fournir les profilés.

Le choix a finalement été effectué par le Bureau d’Etudes MILLS. Il est notamment conditionné par

les profilés métalliques dont ils disposent (en longueur et en section).

BILAN de mes calculs de prédimensionnement pour les plots Nord et Sud

Poutre Profilé Longueur Poids au ml Poids total/poutre Nombre de

poutres/plot

1 HEB 140 1,5 33,7 50,55 8

2 HEB 160 1,5 42,6 63,9 4

3 HEB 220 3 71,5 214,5 4

BILAN de mes calculs de prédimensionnement pour les plots Est et Ouest

CHOIX des profilés après calculs par le bureau d’étude MILLS : plots Nord et Sud

Poutre Profilé Longueur Poids au ml Poids total/poutre Nombre de

poutres/plot

1 HEB 180 1,5 51,2 76,8 8

2 HEB 300 1,5 117 175,5 4

3 HEB 300 3 117 351 4

CHOIX des profilés après calculs par le bureau d’étude MILLS : plots Est et Ouest

Poutre Profilé Longueur Poids au ml Poids total/poutre Nombre de poutre/plot

1 HEB 100 0,5 20,4 10,2 8

2 HEB 160 1,5 42,6 63,9 4

3 HEB 200 1,75 61,3 107,275 4

4 HEB 260 3 93 279 16

Poutre Profilé Longueur Poids au ml Poids total/poutre Nombre de poutre/plot

1 HEB 160 0,5 42,6 21,3 8

2 HEB 180 1,5 51,2 76,8 4

3 HEB 300 1,75 117 204,75 4

4 HEB 300 3 117 351 16

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 80

Conclusion

Les profilés finalement choisis par le bureau d’études sont surdimensionnés.

Cela a des conséquences sur le poids des poutres et donc sur leur mise en place dans les fourches :

Par mesure de sécurité, seuls 2 profilés HEB 300 de longueur 3m seront posés sur la

plateforme de réception extérieure

Il faudra également limiter le nombre de profilés sur le plancher en verre du dôme.

La mise en place des profilés se fera à l’aide de plateau pour les déplacer sur le plancher

métallique et de palans pour les mettre en place.

3.4.3 Mise en charge par vérinage (phase provisoire)

Dès lors que l’étaiement est monté et que les profilés en tête des tours sont posés dans les fourches,

une première phase de vérinage est réalisée.

3.4.3.1 But d’une telle opération

Comme évoqué dans la deuxième partie du rapport, le point important d’une reprise en sous-œuvre

est d’effectuer un transfert de charge correct afin de ne pas perturber la structure reprise.

Le transfert de charge s’effectue ici par vérinage.

L’opération consiste à transférer les charges de la coupole sur les tours d’étaiement afin de

permettre la démolition de tout le système porteur existant (voûtes, poteaux,…). Le vérinage permet

d’être sûr que l’ensemble des charges transitent par le vérin puis les tours.

En exagérant légèrement, les poteaux de la structure sont soulagés du poids de la coupole. Ils

peuvent être ensuite être démolis sans risque pour la stabilité d’ensemble de la structure.

La mise en charge de la coupole et de la maçonnerie sous-jacente a également pour but de faire

tasser tous les éléments entre le fond de fouille de la fondation et la poutre de couronnement.

Eléments susceptibles de tasser lors de la mise en charge

Les tours d’étaiement en raison de l’élasticité de l’acier

Le sol sous la fondation

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 81

Tassement des plots d’étaiement

Les tours d’étaiement subissent un tassement lors de la mise en charge. Celui-ci est dû à

l’écrasement de l’acier de rigidité EA/L.

Selon la norme NFP 93-550 relative à l’étaiement, le tassement des tours est donné par la formule :

Avec :

T : tassement en cm

P : poids propre des poteaux + descente de charge par poteau en daN

L : hauteur de la tour en cm

E : module d’élasticité de l’acier (matériau constitutif des tours). E= 2 100 000 daN/cm²

S : section du poteau en cm²

L’estimation du tassement des plots d’étaiement est disponible en Annexe 1.5.

Conclusion :

Le tassement des plots est relativement conséquent.

Pour le plot Est & Ouest : T= 2cm

Pour le plot Nord et Sud : T= 1,81 cm

Tassement du sol sous la fondation

Après discussion avec le bureau d’Etudes et le service travaux, celui-ci a été considéré négligeable car

presque nul.

En effet, la fondation est ancrée dans le bon sol (graviers).

Cependant, pour en être sûr et pour connaitre un ordre de grandeur du tassement, j’ai calculé sa

valeur en me basant sur l’étude géotechnique d’avant projet et les résultats de l’essai

pressiométrique au niveau du dôme.

Le calcul du tassement estimé est disponible en Annexe 1.6.

Conclusion :

L’estimation confirme l’hypothèse du bureau d’études.

En effet, la valeur du tassement est d’environ 0,4 mm par plot d’étaiement.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 82

3.4.3.2 Choix du type de vérin

Trois types de vérin pourraient être utilisés pour le transfert de charge

Vérins de tête intégrés au tour

Vérins hydrauliques à piston

Vérins plats (type Freyssinet®)

Vérins de tête intégrés au tour

La première solution consisterait à mettre en charge les tours à l’aide des vérins de tête intégrés.

Le transfert de charge s’effectuerait en sortant au fur et à mesure les vérins jusqu’à ce que la charge

de la coupole soit reprise.

Figure 3.4.3.2-1 : Vérins de tête des tours MILLS©

Avantages

Simplicité

Pas de raccordement de flexible

Economie

Inconvénients

Difficulté à sortir le vérin avec le poids des profilés en tête

Non adapté pour reprendre une charge si importante

Fiabilité : aucun moyen de contrôle que le transfert de charge soit bien effectué => danger

pour la structure

Simultanéité de la mise en charge

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 83

Vérins hydrauliques à piston

La deuxième solution consiste à utiliser des vérins hydrauliques classiques.

Le choix entre vérins galette et vérin classique n’est pas une contrainte. La hauteur de l’espace libre

entre le bas de la poutre de couronnement et le haut des profilés pouvant être adaptés selon le

besoin (réglage de la sortie des vérins de pied des tours, réglage du niveau coulissant).

Le choix entre les deux peut-être orienté pour une question pratique d’amenée du matériel à 24m de

hauteur (vérins galettes plus légers).

Ce type de vérin intègre un écrou de sécurité permettant le calage du vérin sans risque de descente

ultérieure même en cas de fuite d’huile.

Avantages

Vérin adapté à la charge à reprendre

Vérin adapté à une situation provisoire

Contrôle de la charge reprise (au moyen de manomètres)

Bonne gestion de la simultanéité de la mise en charge

Location possible

Inconvénients

Prestation qui ne peut être assumé par le groupement : sous-traitance obligatoire Prix

Problème de calage

Variante possible : Vérins hydrauliques à piston avec écrou de sécurité

Il y a trois risques avec des vérins hydrauliques standards :

La gestion de la phase de calage et de la méthode de calage

Perte de charge dans le temps

La possibilité d’une fuite d’huile lors de la période provisoire de reprise de charge de la

coupole : environ 4 mois

Pour pallier au problème de maintien prolongé des charges, il existe des vérins à pistons équipés

d’écrou de sécurité.

Lorsque la charge est reprise, il suffit de serrer l’écrou.

Il n’y a pas de risques de descente du vérin même s’il y a une fuite d’huile au cours de la phase

provisoire.

Inconvénient :

Comme il n’y a pas de calage, les vérins restent en place pendant toute la période provisoire.

Ce paramètre a une incidence sur le prix de la prestation.

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 84

Vérins plats (procédé Freyssinet®)

La dernière solution consiste à mettre en place des vérins plats (procédé Freyssinet).

Comme pour les vérins hydrauliques, ce procédé permet de suivre progressivement la mise en

charge à l’aide de manomètre.

Avantages

Vérin adapté à la charge à reprendre

Contrôle de la charge reprise (au moyen de manomètres)

Léger : mise en place facile

Inconvénients

Moins adapté à une reprise de charge provisoire => risque de fuite d’huile pendant la phase

provisoire de 4 mois

Problème de calage

Si gonflé à la résine ou au coulis, impossibilité d’un retour à la position d’origine => problème

de dévérinage

Type de vérins choisi :

La mise en charge à l’aide des vérins de tête fut très vite rejetée. En effet, il est impossible d’assurer-

vu le contexte de hauteur,…- une mise en charge correct.

De leurs côtés, les vérins plats ne s’adaptent pas bien aux transferts de charges provisoires.

Le type de vérin le mieux adapté reste le vérin hydraulique à piston.

La variante de vérins hydrauliques à écrou de sécurité est certes plus coûteuse (location des vérins

pendant toute la période) mais permet d’assurer un transfert de charge définitif et sans aléas liés à

des pertes de pression ou à un mauvais calage. Cette variante fut finalement privilégiée.

Vérin choisi : vérin hydraulique à

piston avec écrou de sécurité

Page 85: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 85

3.4.3.3 Choix des vérins

Paramètres à prendre en compte

Dans le choix d’un vérin, il faut prendre en compte :

La capacité de levage du vérin en surévaluant la descente de charge estimée par le BE afin de

prévenir toute erreur de calcul

La course de vérin afin de ne pas être en bout de course et ne pas reprendre totalement la

charge

Sa hauteur lorsque le piston est complètement rentré en gardant quelques centimètres

d’espace pour la mise en place de cales de répartition

Le diamètre maximal du vérin (pour ne pas dépasser des 2 HEB 300 en tête des plots

d’étaiement)

Caractéristiques des vérins côtés SUD et NORD

Paramètre

Descente de charge par vérin 60 300 daN

Descente de charge avec

coefficient de 1,272 360 daN

Tassement du plot d'étaiement 1,81 cm

Tassement du sol sous la

fondation0,04 cm

Espace disponible entre le haut

de la poutre en tête de plot et la

poutre de couronnement

24 cm

Valeur

Plot SUD et NORD

Paramètre

Capacité du vérin 75 t

Encombrement du vérin 21 cm

Course minimale du vérin 5 cm

Diamètre maximale du vérin 60 cm

Valeur Explications

Valeur surévaluée pour prévenir

toute erreur d'estimation des

charges

Espace disponible - épaisseur pour

des cales de répartition

Somme des 2 tassements + marge de

sécurité

Correspond à la largeur des 2 HEB

300 en tête de tour

Caractéristiques minimales du vérin à utiliser pour les plots SUD et NORD

Page 86: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 86

Caractéristiques des vérins côtés EST et OUEST

Paramètre

Descente de charge par vérin 84 800 daN

Descente de charge avec

coefficient de 1,2101 760 daN

Tassement du plot d'étaiement 2 cm

Tassement du sol sous la

fondation0,04 cm

Espace disponible entre le haut

de la poutre en tête de plot et la

poutre de couronnement

24 cm

Plot EST et OUEST

Valeur

Paramètre

Capacité du vérin 105 t

Encombrement maximal du vérin 21 cm

Course minimale du vérin 5 cm

Diamètre maximale du vérin 60 cmCorrespond à la largeur des 2 HEB

300 en tête de tour

Caractéristiques minimales du vérin à utiliser pour les plots EST et OUEST

Valeur Explications

Valeur surévaluée pour prévenir

toute erreur de calcul

Espace disponible - épaisseur pour

des cales de répartition

Somme des 2 tassements + marge de

sécurité

Page 87: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 87

Choix des vérins de la société La Savoisienne®

La fiche technique des vérins à piston avec écrou de sécurité figure en Annexe 1.7

Référence

Vérins côté SUD et NORD UB 100 - 50S - To

Vérins côté EST et OUEST UB 160 - 45S -To

Figure 3.4.3.3-1 : Choix des vérins dans la gamme de la société La Savoisienne ©

Page 88: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 88

Choix des vérins de la société Enerpac®

La fiche technique des vérins à piston avec écrou de sécurité figure en Annexe 1.8

Figure 3.4.3.3-2 : Choix des vérins dans la gamme de la société Enerpac ©

Page 89: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 89

Vérins finalement choisis pour la phase de vérinage provisoire

La décision prise par le service travaux fut de sous-traiter le vérinage.

En effet, il s’agit d’une opération délicate, devant être réalisée par un personnel habitué à ce genre

de prestation.

Les compagnons du groupement d’entreprise ne sont pas habilités à réaliser de tels travaux.

Dès lors, j’ai consulté la société Freyssinet®, notamment pour avoir des renseignements

supplémentaires sur les vérins plats qui ont fait l’objet de la recherche préliminaire. Je leur ais alors

également parlé de cette opération de vérinage provisoire.

Ils ont confirmé l’emploi de vérin plat hydraulique pour cette phase.

Finalement, les opérations de vérinage provisoire et définitif (voir par ailleurs) leur a été confiées.

Vérins choisis par la société Freyssinet pour l’opération de vérinage provisoire

Pour les côtés EST et OUEST, ils ont utilisés des vérins de leur parc matériel (capacité 200 t).

Pour les côtés NORD et SUD, ils ont utilisés les vérins CLP 1002 de chez Enerpac.

Ce choix confirme mon étude préalable.

Les fiches techniques des deux vérins sont disponibles en Annexe. (Annexe 1.8 pour le vérin Enerpac®

et 1.9 pour le vérin Freyssinet®).

Référence

Vérins côté SUD et NORD CLP 1002

Vérins côté EST et OUEST CLP 1602

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 90

3.4.3.4 Risques liées à l’opération

Les opérations de vérinage comportent toujours une part de risques. D’autant plus qu’il s’agit là

d’une opération atypique puisqu’il s’agit d’une reprise de structure ancienne. L’intégralité des

charges du dôme passera par les 8 vérins et sera reprise par les poteaux des tours d’étaiement.

Il y a deux risques majeurs liés à l’opération :

Une mise en charge trop faible. Celle-ci entrainerait un transfert de charge imparfait et

pourrait s’avérer préjudiciable pour la structure. En effet, une rupture pourrait se produire

au niveau de la liaison entre le noyau interne et le noyau externe du dôme lors de la

démolition des poteaux existants.

Rupture

Figure 3.4.3.4-1 : Mise en charge trop faible

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 91

Une mise en charge trop importante. Celle-ci provoquerait un soulèvement de la structure.

Dans ce cas, la liaison avec le mur externe pourrait céder en raison d’une traction sur

l’extrados.

La situation est contraire au vérinage d’un ouvrage d’art où le soulèvement est nécessaire

(pour changer un appareil d’appui par exemple)

L’opération comporte néanmoins une part d’inconnue.

D’une part, il est délicat d’appréhender le comportement réel d’une structure ancienne. De plus, le

calcul de la descente de charge ne peut être juste à 100%. En effet, il est difficile de quantifier

parfaitement les charges de la structure (masse volumique de la maçonnerie ancienne, ...)

Il s’agit de se situer dans un intervalle où la coupole est reprise mais dans laquelle les 2

comportements décrits ci-dessus sont évités.

Rupture

Figure 3.4.3.4-2 : Mise en charge trop importante

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 92

3.4.3.5 Arrêt du levage

Le levage est stoppé lorsqu’une des 3 conditions suivantes est remplie :

Atteinte d’un déplacement de la structure supérieure à 2 mm

Atteinte de l’effort théorique défini par le Bureau d’Etudes

Atteinte de la course maximum des vérins

La dernière condition est à exclure.

En effet, les vérins disposent d’une course suffisamment importante pour pallier à une éventuelle

erreur dans les calculs des différents tassements.

L’annexe 1.10 montre le calcul de la pression hydraulique affichée sur le manomètre si la charge

calculée par le bureau d’étude est atteinte.

3.4.3.6 Paramètres à prendre en compte lors de l’opération de vérinage

Simultanéité de la mise en charge

Afin de ne pas déséquilibrer la structure lors de la mise en charge, celle-ci doit être simultanée aux 8

points.

Comme évoqué précédemment, la charge à reprendre n’est cependant pas identique pour chaque

vérin.

Pour contrôler au mieux la mise en charge simultanée de la structure aux 8 points, deux circuits

hydrauliques seront mis en œuvre, alimentés par la même pompe :

Le premier circuit alimente les vérins dont la descente de charge est de 60300 daN

Le second circuit alimente les vérins dont la descente de charge est de 84800 daN

Tassement théorique 1,85 cm

Course du vérin 5 cm

Tassement théorique 2,04 cm

Course du vérin 4 cm

Côtés Nord et Sud

Côtés Est et Ouest

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 93

3.4.3.7 Moyens de suivi mis en œuvre lors de l’opération de vérinage

Le vérinage de la structure est effectué par pallier avec un double contrôle :

Contrôle du déplacement relatif appui-structure portée

Contrôle du déplacement absolu de la structure

Contrôle du déplacement relatif

Une fine couche de plâtre est appliquée sous les massifs situés sous la poutre de couronnement. La

mise en charge s’arrête lorsque le plâtre fissure.

Contrôle du déplacement absolu

Celui-ci est effectué par un géomètre.

Il vise un point fixe de la structure existante et observe un éventuel déplacement, provoquant l’arrêt

de la mise sous pression.

C’est également lui qui mesure le tassement des tours en ayant pris connaissance des valeurs

théoriques calculées précédemment.

3.4.3.8 Opération de vérinage : 5 mai 2011

Un reportage photo du vérinage provisoire de la coupole est visible en Annexe 1.11.

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 94

3.4.4 Démolition des porteurs verticaux et des coursives

Lorsque la coupole est soutenue par les tours d’étaiement, l’étape suivante consiste à démolir les

porteurs verticaux.

Cette étape est délicate en raison de la présence des tours. Une chute d’un gravât sur une de celles-ci

pourrait l’endommager et donc être préjudiciable pour la stabilité d’ensemble de la coupole.

La démolition des voûtes, poteaux et coursives se distinguent en deux grandes parties :

Une démolition manuelle à l’outil électroportatif aux endroits proches des tours (partie des voûtes dans l’emprise des tours MILLS®)

Une démolition au BROKK® monté sur un chariot élévateur pour les endroits plus éloignés des tours (poteaux dans les angles notamment)

Figure 3.4.3.8-1 : Démolition des porteurs existants

Page 95: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 95

Poteaux d’angle

démolis avec le

brokk®

Figure 3.4.3.8-2 : Démolition manuelle aux endroits délicats

Page 96: 001 Rapport Final PFE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 96

3.4.5 Réalisation des méga-cornières

3.4.5.1 Introduction

L’étape suivante consiste à réaliser les nouveaux porteurs verticaux constitués de voiles en béton

armé en forme de L aux 4 coins appelés méga-cornières.

Ces voiles viennent s’appuyer sur de nouvelles fondations liaisonnées au moyen de stabox® avec

celles créés pour l’étaiement provisoire.

Chaque méga-cornières a une hauteur de 23.87m (niveau haut de la semelle de fondation=137.33

NGF – Niveau bas de la poutre de couronnement=161.20 NGF).

3.4.5.2 Moyen de levage

Au vu des contraintes évoquées précédemment, la grue à tour du chantier ne peut être utilisée pour

la réalisation des cornières (levée du coffrage, mise en place des cages d’armatures,…).

Il est également impossible de rentrer une grue mobile à l’intérieur du dôme au vu de la faible

ouverture disponible (2,50m de large).

Un système de levage propre a donc été imaginé.

Le choix s’est orienté vers l’installation d’une potence fixée à la poutre de couronnement.

Poutre de couronnement

Chariot +

crochet

Support de fixation

Figure 3.4.5.2-1 : Vue en élévation de la potence

Page 97: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 97

Le support de fixation est installé sur l’excroissance de la poutre de couronnement afin d’avoir un

angle de rotation maximum et de permettre la levée du coffrage entre la méga cornière et le noyau

externe du dôme.

Afin de faciliter son installation, la potence est mise en place avant la démolition du plancher

métallique et des coursives.

Figure 3.4.5.2-2 : Support de la potence fixée sur l’excroissance de la poutre de couronnement

Deux méga-cornières sont réalisées en même temps.

Deux potences sont donc installées préalablement.

Elles seront ensuite démontées puis remontées aux deux autres extrémités afin d’exécuter les deux

autres méga-cornières.

Page 98: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 98

3.4.5.3 Système de coffrage

Au vu de la hauteur (23.87m), des levées successives sont réalisées.

Choix du type de coffrage

Outre les moyens d’accès et de levage limités, le paramètre le plus contraignant dans la réalisation

des méga-cornières est le faible espace disponible entre l’extérieur de la méga-cornière et le noyau

externe du dôme.

C’est pourquoi, le choix s’est orienté vers un coffrage grimpant.

L’ensemble formé des trains de banches, des consoles pignons, des passerelles de bétonnage et de

ragréage est monté en un seul tenant pour l’extérieur de la cornière.

(1) Passerelle de bétonnage extérieure

(2) Console pignon extérieure

(3) Passerelle de ragréage extérieure

LEV

EE N

LE

VEE

N-2

LE

VEE

N-1

Figure 3.4.5.3-1 : Coupe avec vue sur les différentes passerelles de travail du coffrage (Paschal©)

Page 99: 001 Rapport Final PFE

Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 99

Ainsi entre la levée N et la levée N+1, le phasage se déroule comme suit :

Montée de la partie extérieure jusqu’à la prochaine levée et accrochage dans le sabot

(Coffrage grimpant)

Descente du train de banche intérieur jusqu’au niveau bas du dôme

Montée de la console pignon intérieure jusqu’à la levée N+1

Ferraillage de la levée N+1

Montée du train de banches intérieur et fermeture du coffrage

Bétonnage

Passage à la levée N+2

Spécificité dans l’élévation des méga-cornières

A un peu moins de 9 mètres par rapport au haut de la semelle de fondation, la longueur de la méga-

cornière diminue de 80cm (seulement dans le sens Est-Ouest).

La longueur extérieure de la méga-cornière passe de 3,80m à 3m.

Figure 3.4.5.3-2 : Raccourcissement des méga-cornières (vue en élévation côté SUD)

Ce paramètre a orienté le choix vers des levées de 2,94m afin d’arriver au niveau du renfoncement à

la fin de la levée 3.

D’autre part, des levées de 2,94m permettent d’avoir des blocs de coffrage moins lourd en raison de

la charge limite soulevée par la potence (1,5tonnes)

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 100

Optimisation du coffrage

La première idée consistait à changer de console pignon entre la 3ème levée et la quatrième levée.

En plus d’influencer le temps de l’opération (remontage de console avec les trains de banches,…),

cette idée a une conséquence non négligeable sur le prix.

v

Commentaires :

Avant l’optimisation, les consoles pignons 1 et 5 étaient remplacées par des consoles 7 et 8 à

partir de la levée 4.

Après, elles restent pour toute l’élévation de la cornière.

Après optimisation

Levée 4-8

Avant optimisation

Figure 3.4.5.3-3 : Optimisation du coffrage

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 101

Au fil des discussions avec la société Paschal®, nous avons décidé de garder la même console pignon

pour l’ensemble des levées ; seuls les trains de banches en trop seront démontés après la levée 3.

D’autre part, j’ai participé aux discussions sur des détails techniques et de sécurité (largeur de

console, questionnement sur la nécessité de faire tour complet de la méga-cornière avec le

platelage,…).

Au cours des discussions, il fallait sans cesse garder à l’esprit le mode opératoire de la rotation du

coffrage afin de ne pas mettre les compagnons en danger.

Finalement, j’ai commencé à faire le mode opératoire avec le phasage et l’analyse des risques pour

l’opération de réalisation des méga-cornières sur le logiciel Autocad®.

Les diverses discussions avec la société Paschal® ayant duré, les plans définitifs ne me sont que

parvenus fin mai.

Le phasage n’a dont pas pu être terminé.

3.4.5.4 Phasage des travaux

Neuf levées successives permettent d’ériger la méga-cornière depuis la fondation jusqu’au bas de la

poutre de couronnement :

Levée 1 : levée au sol – coffrage traditionnel composé des trains de banches munis des

passerelles de bétonnage

Levée 2 et 3 : Mise en place de la console pignon – Début du coffrage grimpant

Levée 4 : Mise en place de la passerelle de ragréage – cornière réduite de 80 cm vers

l’intérieur

Levée 5 à 7 : Levées semblables à la levée 4

Levée 8 : levée semblable aux précédentes mais sur une hauteur de 2.00 m

Après la levée 8 : descente du coffrage grimpant et des consoles pignons puis démontage de

la potence

Levée 9 : levée avec passerelles de travail spécifiques – coffrage manuportable

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 102

3.4.5.5 Accès aux consoles pignons

Dans l’objectif sécurité du Projet de Fin d’Etudes, je me suis intéressé aux moyens à mettre en œuvre

pour assurer un accès simple, sécuritaire et économique aux consoles pignons lors des levées

successives.

L’importante hauteur (24 mètres au total) représente un point délicat. L’aspect sécurité peut encore

moins être négligé.

La recherche d’une solution ne fut pas si simple que cela puisse paraître lors d’une première

réflexion.

Il a fallut se poser un certain nombre de question au niveau du phasage de la réalisation des méga-

cornières.

Surtout, il a fallut sans cesse garder à l’esprit les nombreuses contraintes du site, notamment

l’interaction avec le rayon balayé par la potence, les levées successives des consoles pignons,…

1ère étape : réflexion pour l’accès en hauteur et son emplacement

La hauteur entre le haut de la semelle de fondation et la poutre de couronnement avoisine les 24

mètres

Dans un souci de confort, la solution d’un échafaudage avec trappes à échelle est éliminée

directement.

L’accès en hauteur ne peut donc se faire que par une tour escalier.

Le nombre d’escalier et leur emplacement

Pour choisir le nombre d’escalier et leur emplacement à mettre en place, il faut considérer les

paramètres suivants :

L’amené des armatures se fera depuis le bas de la méga cornière

Ne pas perturber la surface balayée par la potence

Espace réduit sous la coupole et passage obligé pour un Manuscopic® pour l’amené de

matériel et des armatures

Limiter l’interaction entre la console pignon de coffrage et la tour escalier : possibilité de

collision des consoles lors de leurs montées.

Amarrage des tours escaliers

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 103

Figure 3.4.5.5-1 : Réflexion sur l’emplacement des escaliers d’accès aux consoles pignons

Conclusion :

Au vu de ces différentes contraintes, il faut veiller à :

Limiter le nombre d’escalier (cela a une incidence sur le prix) ;

Les placer de façon à être éloigné du rayon de la potence ;

Rapprocher les tours escaliers des plots d’étaiement pour l’amarrage.

Zone à éviter pour placer la tour escalier

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 104

2ème étape : réflexion sur l’accès aux consoles pignons depuis la tour escalier

Après la première réflexion, l’idée était de placer les tours escaliers contre le plot d’étaiement.

Ceci permettrait de limiter les tours escaliers au nombre de deux : un amarré au plot d’étaiement

SUD et l’autre au plot NORD.

Depuis chaque escalier, il serait possible d’accéder aux consoles pignons de deux cornières.

Ma première idée était d’accéder aux consoles pignons via les tours d’étaiements elles-même.

Cependant, pour des raisons de sécurité lors du montage et pour des soucis de contreventement de

la structure à étayer, les tours MILLS sont faites afin de ne pas pouvoir y pénétrer latéralement

Figure 3.4.5.5-2 : Circuler dans les tours MILLS est très délicat et inconfortable

Finalement, de cette 2ème étape, on peut établir que l’accès se décomposera en deux parties :

Un système d’accès dans le sens de la hauteur : échelier, escalier,…

Un système d’accès horizontal depuis le niveau en question jusqu’à la console pignon du

coffrage

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 105

3ème étape : réflexion sur le système d’accès horizontal

Finalement, après la deuxième réflexion, l’accès aux consoles pignons devrait ressembler au schéma

ci-dessous

Figure 3.4.5.5-3 : Réflexion sur le système d’accès horizontal

J’ai envisagé deux solutions pour l’accès horizontal :

Solution 1 : Placer des consoles d’échafaudages à chaque niveau souhaité

Solution 2 : réaliser un échafaudage toute hauteur

La solution 1 a l’avantage d’être plus simple puisqu’elle évite de monter un échafaudage toute

hauteur. Elle est également plus économique.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 106

Bilan des réflexions

Au fur et à mesure des différentes réflexions et en concertation avec le service travaux et le chef de

chantier principal, j’ai effectué des dossiers de consultation, envoyé aux sociétés spécialisées dans

l’échafaudage :

KAPP Echafaudage

HUSSOR ERECTA

HAKI

MILLS

Ces dossiers comportaient des vues en plan ainsi que des élévations avec les niveaux des consoles

pignons au fur et à mesure des levées.

Un des dossiers est disponible en Annexe 1.12.

Après discussion avec les entreprises consultées, c’est la solution d’un échafaudage toute hauteur

qui se démarque. En effet, la fixation des consoles aux tours Mills était délicate en raison d’une

incompatibilité des deux matériels.

L’échafaudage toute hauteur permet d’être indépendant des tours.

J’ai également réalisé un tableau de retour de consultation. Cependant, par mesure de

confidentialité, il n’est pas joint au présent rapport.

Figure 3.4.5.5-4 : La solution des consoles fixées aux tours permet de ne pas

mettre en place un échafaudage toute hauteur

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 107

Optimisation de l’accès avec l’entreprise choisie

Lorsque les discussions sur le prix et sur la partie technique étaient avancées, nous avons choisi

l’entreprise qui allait réaliser la prestation.

Lorsque les plans des consoles des coffrages étaient définitifs, il était temps d’optimiser la solution

technique.

La solution définitive est composée de trois types de matériel :

Un accès en hauteur par l’intermédiaire de tour escalier

Un premier accès horizontal par l’intermédiaire d’un échafaudage (toute hauteur) de

circulation

Un deuxième accès horizontal permettant de passer de l’échafaudage aux consoles pignons :

les passerelles

Ces passerelles sont composées de tubes fixés aux plots d’étaiement côtés N et S sur toute la hauteur

et équipées en plancher (de longueur 3 x 1m) sur les deux premiers niveaux de chaque côté (Nord-

Ouest et Sud-Ouest)

La rotation des planchers aux autres niveaux est à la charge du groupement.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 108

Figure 3.4.5.5-5 : Solution définitive retenue

En orange, les tours escaliers

En bleu foncé, les échafaudages toute hauteur

En bleu clair, les passerelles d’accès posé sur les tubes (en rouge)

Le schéma explicatif, envoyé à la société choisie est visible en Annexe 1.13

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3.4.5.6 Spécificités de la dernière levée

Comme évoqué au paragraphe 3.4.5.4, la dernière levée des méga-cornières est spéciale.

Cette spécificité provient essentiellement de l’encombrement de la potence sous la poutre de

couronnement (cf schéma 3452-01).

Avant de réaliser la dernière levée, il est nécessaire de démonter la potence puisqu’elle se trouve

dans l’emprise de la future méga-cornière.

Ce démontage a pour conséquence de ne plus pouvoir monter le coffrage grimpant pour la dernière

levée.

Tous les éléments du coffrage doivent donc être descendus après la levée 8 et avant le démontage

de la potence.

Pour la réalisation de la dernière levée, une solution de Passerelle de Travail en Encorbellement doit

être trouvée.

Cette solution doit être manuportable puisque plus aucun moyen de levage ne sera disponible.

Une solution avec des consoles classiques (à ancrer dans le béton) et des platelages s’avère la plus

adéquate.

L’accès se fera depuis la tour escalier et l’échafaudage toute hauteur. Comme il n’y a plus de

consoles de coffrage, la passerelle d’accès doit former un U autour du bloc d’étaiement MILLS.

Figure 3.4.5.6-1 : Spécificité de la dernière levée

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Pour éviter de monter un échafaudage toute hauteur pour les retours spécifiques à la levée 9, il est

possible de fixer des consoles ou des tubes aux tours.

Le phasage imaginé avant le coffrage de la levée 9 est le suivant :

Fin de la levée 8

Mise en place des consoles de la levée 9 autour de la méga-cornière depuis la console pignon

du coffrage de la levée 8

Descente du coffrage grimpant et des consoles pignons avec la potence

Démontage de la potence

Mise en place du platelage depuis la passerelle de l’échafaudage toute hauteur

La mise en place du platelage sur les consoles s’effectue en seconde phase.

J’ai proposé d’utiliser des planchers d’échafaudages à poser à l’avancement.

Cette solution offre un double avantage : la simplicité et une mise en place en sécurité.

Le calepinage définitif des consoles et des planchers n’a pas encore été réalisé.

3.4.5.7 Importance de l’interaction des différents éléments

La réalisation des méga-cornières fait intervenir un nombre important de matériel rendant très

complexe leur interaction.

Afin d’anticiper au maximum la gêne d’un élément par rapport à un autre, j’ai effectué des plans

d’interaction au fur et à mesure de l’avancée des différentes réflexion sur le matériel (tours escaliers,

passerelles d’accès, coffrage, tours d’étaiement,…).

Le plan final n’est pas encore définitif car tous les choix ne sont pas arrêtés.

J’ai également réalisé le planning de l’enchainement des tâches en essayant d’optimiser les temps

d’intervention de chaque entreprise (rotation de la potence, montage des tours escaliers,…)

Le planning est en Annexe 1.14.

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3.4.6 Mise en charge par vérinage (phase définitive)

3.4.6.1 Justification du vérinage

Une nouvelle fois, le vérinage est nécessaire afin d’assurer un transfert de charge de la poutre de

couronnement (soutenant la coupole) de l’étaiement aux méga-cornières.

Les charges doivent être transmises aux fondations par ce biais et uniquement par celui-là.

Le simple matage au mortier sans retrait s’avère insuffisant au vu de la charge à reprendre.

Cette mise en charge est également nécessaire car les porteurs verticaux sont réalisés après le

porteur horizontal (la poutre de couronnement). C’est le phasage inverse à ce qui se fait

généralement.

3.4.6.2 Choix du type de vérin

La mise en charge peut-être effectuée au moyen de:

vérins hydrauliques à piston

vérins plats (type Freyssinet®)

Vérins hydrauliques à piston

Avantages

Mise en charge maitrisée

Inconvénients

Calage délicat

Noyage dans le béton impossible car perte du vérin

Vérins plats (type Freyssinet®)

Avantages

Bien adapté au noyage dans le béton

Appuis définitifs

Pas besoin de calage : les vérins sont gonflés par coulis ou résine et restent en l’état

Légèreté du produit : amené du matériel à 24 m assez facile

Inconvénients

Courses relativement faible : procédé de rattrapage de la hauteur à imaginer

Type de vérins choisi

Le calage nécessaire lors de l’utilisation est lié à trop de risques.

Le noyage du vérin dans la méga-cornière permet un transfert de charges maitrisé et effectif. Il n’est

possible qu’avec le vérin plat.

Vérin choisi : vérins plats (type Freyssinet®)

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3.4.6.3 Choix du vérin

Nombre et emplacement des vérins

La question est de savoir combien et comment placer les vérins sur les méga-cornières.

Les discussions avec le Bureau d’Etudes ont abouti sur un nombre de 2 vérins plats par méga-

cornière, à chacune des extrémités, comme le montre le schéma ci-dessous.

Figure 3.4.6.3-1 : Emplacement des vérins plats

Choix du vérin

La descente de charge estimée par le bureau d’études est de 105t par vérin.

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Figure 3.4.6.3-2 : Tableau des vérins plats standards de la société Freyssinet

Deux paramètres sont à prendre en considération pour ce vérinage :

Vérin adapté : vérin plat de diamètre 350 mm et de course 25mm ayant une force nominale de

1460 kN

Paramètre

Descente de charge par vérin

plat 105 000 daN

Descente de charge avec

coefficient de 1,2126 000 daN

Epaisseur de la méga-cornière 60 cm

Paramètres à prendre en compte

Valeur

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 114

Le fait de noyer le vérin permet de le couler directement dans un bloc béton.

C’est l’application qui est réalisée dans ce genre de cas.

Le remplissage peut s’effectuer au moyen de résine époxyde ou au coulis spécial sans retrait.

La deuxième solution est néanmoins plus économique et offre des performances égales.

Vérin choisi par la société Freyssinet : vérin plat de 420mm de diamètre et de course 25mm ayant une

force nominale de 2270 kN.

Choix de la méthode de vérinage

La question qui s’est posé lors des discussions est de déterminer à quel moment et comment il fallait

vériner.

1ère solution

La solution de base est de réaliser les méga-cornières jusqu’à la dernière levée incluse mais laisser un

espace –d’environ 10cm - entre la poutre de couronnement pour placer le vérin et réaliser la mise en

charge.

Une fois la mise en charge réalisée, les 10 centimètres seront comblés avec un mortier sans retrait

afin de transférer les charges sur toute la surface de la méga-cornière.

Figure 3.4.6.3-3 : Vérin plat noyé dans un bloc-béton

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Figure 3.4.6.3-4 : 1ère

solution de vérinage

Avantages

Dispositif simple à mettre en œuvre

Charge appliquée sur toute la méga-cornière à la fin de matage au mortier sans retrait

Inconvénients

Bétonnage de la dernière levée en 2 fois

Solution impossible solution en raison des armatures assurant la continuité entre la poutre

de couronnement et la méga-cornière – de longueur 1,20m

La mise en charge à ce moment là ferait fissurer le béton sous-jacent et allongerait

l’armature.

Figure 3.4.6.3-5 : Impossibilité de la solution 1

MEGA CORNIERE

MEGA CORNIERE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 116

2ème solution

La deuxième solution consiste à vériner avant le bétonnage de la dernière levée.

Pour se faire, il faut mettre en place un dispositif rattrapant la hauteur entre le vérin et la poutre de

couronnement.

Une des solutions consiste à créer des camarteaux métallique entre les deux.

Figure 3.4.6.3-6 : 2ème

solution de vérinage

Pour assurer le non-renversement lors du vérinage, les camarteaux seraient vissés dans la poutre de

couronnement.

Il est plus judicieux de placer le vérin plat entre le camarteau et la méga-cornière.

En effet, les barres de liaison entre la poutre et la méga-cornière sont dans l’emprise du vérin plat.

Comme elles ont une longueur de 1,20, l’idée est de placer le vérin juste en-dessous de celles-ci et de

percer le camarteau afin de passer les barres à travers.

Bilan à ce jour

La solution définitive n’a pas encore été arrêtée. La discussion porte également sur le ferraillage de la

méga-cornière dans cette configuration (camarteau en remplacement des armatures à ce niveau ?).

La mise en charge interviendra à la mi-août.

MEGA CORNIERE

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 117

4 Démarches Qualité et Sécurité sur les opérations de reprises en sous-œuvre

4.1 Démarche Qualité

Depuis quelques années, le monde de la construction a pris conscience qu’un système de

management défaillant ou non optimal avait des répercussions sur la qualité finale des produits et

des services ainsi que sur les performances de l’entreprise et son image de marque.

C’est la raison pour laquelle toutes les entreprises de construction de grande envergure sont entrées

dans une démarche qualité et ont effectué une demande volontaire de certification ISO.

4.1.1 La création de fiches

Dans le cadre des reprises en sous-œuvre du chantier, j’ai proposé au service travaux de mettre au

point des fiches Qualité sur les interventions en question.

En effet, en parcourant le Plan d’Assurance Qualité du chantier, je me suis rendu compte qu’il

n’existait aucune fiche en rapport avec les opérations en sous-œuvre.

Ainsi, j’ai créé quatre fiches :

Fiche de contrôle sur la création d’ouverture par la technique des 2 demi-poutres

Fiche de contrôle sur la création d’ouverture par la technique du chevalement

Fiche de contrôle – Mise en place d’un ouvrage provisoire : Etaiement

Fiche de contrôle du vérinage

Les fiches figurent en Annexe 2.1, 2.2, 2.3 et 2.4.

4.1.2 Objectifs des fiches créées

Le premier objectif d’une fiche Qualité est de mettre en lumière des points critiques dans la

réalisation d’une opération.

La connaissance des points critiques et surtout leur contrôle permet de limiter au maximum les

erreurs.

Par exemple pour la création d’ouvertures, les points critiques sont essentiellement de deux types :

les dimensions de l’ouverture

le matage

Ces fiches ont pour but d’être intégrées au Plan d’Assurance Qualité du chantier.

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 118

Les fiches sont ensuite remplies par le conducteur de travaux responsable du suivi Qualité.

Au-delà du chantier, ma volonté concernant ces fiches était que les deux entreprises du groupement

puissent les réutiliser lors de chantiers ultérieurs.

Ainsi, dans leur conception, j’ai pris en compte cet aspect.

4.1.3 Exemple de fiche : création d’ouverture par chevalement

Elle se compose de trois grandes parties :

Présentation des caractéristiques générales (localisation de l’ouverture, références à des

plans, des modes opératoires)

Les différentes étapes de la réalisation de l’ouverture avec les points d’arrêts

Exemple de la troisième étape

A chaque point d’arrêt correspond une case conforme et non conforme. La conformité a pour

référence un plan, une note de calcul, un contrôle visuel, …

En cas de non-conformité et si celle-ci peut être résolue sans rédaction d’une fiche de non-

conformité, une correction peut-être trouvée et doit être mentionnée sur la fiche.

Par exemple, en cas de non planéité du sommier, il est possible de rattraper le défaut en coulant un

léger lit de mortier sans retrait.

Point d’arrêt : planéité du sommier Exemple de correction si non conforme :

coulage d’un lit de mortier sans retrait

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Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 119

La validation de la création d’ouverture

Celle-ci est accordée par une personne compétente ayant le suivi de la fiche (chef de chantier,

conducteur de travaux,…).

4.2 Démarche Sécurité

De nombreux moyens sont mis en œuvre pour assurer la sécurité de toutes les personnes qui

interviennent sur un chantier.

Ces moyens, qu’ils soient humains, financiers ou techniques sont présents dès la phase de

préparation du chantier.

On les retrouve notamment dans le Plan Particulier de Sécurité et de Protection de la Santé.

4.2.1 Objectifs du PPSPS

Le PPSPS, rédigé en prenant compte du Plan Général de Coordination établi par le coordinateur SPS,

a trois objectifs principaux :

Il concrétise l’ensemble de l’analyse des travaux à exécuter avec les moyens qui s’y

rattachent (méthodes, matériels, formations, prévention)

Il fournit un support pédagogique pour former les acteurs du chantier en y intégrant la

Prévention

Il fournit la preuve devant les tribunaux que l’entreprise a bien rempli ses obligations en

matière de Sécurité et de Protection de la Santé.

4.2.2 Les Avenants au PPSPS

Toutes les phases de travaux ne peuvent être abordées dans la rédaction du PPSPS en amont d’un

chantier important.

Un chantier atypique comme celui sur lequel j’ai réalisé le Projet de Fin d’Etudes a connu des

évolutions dans le choix du matériel, des matériaux et du mode opératoire.

Lorsque de nouveaux modes opératoires sont arrêtés, il y a lieu d’établir des avenants au PPSPS afin

de présenter les risques inhérents aux opérations et les moyens de prévention mis en œuvre.

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4.2.3 Contenu d’un avenant au PPSPS

Les avenants contiennent principalement une analyse de risque sur une opération particulière.

La loi du 31 décembre 1991 impose aux chefs d’entreprise d’évaluer les risques pour la santé et la

sécurité des salariés. L’analyse de risque est composée de trois parties principales :

Les risques dus à l’exécution des propres travaux de l’entreprise

Les risques importés (dus aux autres intervenants ou aux contraintes du site)

Les risques exportés vers les autres intervenants

Chaque partie dispose d’un tableau composé de trois colonnes et dans lequel est exposé une étape

de la réalisation d’une opération puis on identifie le risque lié à cette étape et enfin on définit la ou

les mesures de prévention mises en œuvre lors de l’exécution des travaux.

Exemple :

Tâche

Risque

Prévention

Sciage

Poussières

Port obligatoire de masques – travail à l’humide

Cette analyse de risque, en plus d’être envoyée aux organismes concernés est ensuite présentée au

chef de chantier et aux compagnons lors de ¼ d’heure Sécurité.

4.2.4 Réflexion sur la mise au point d’une trame type d’analyse des

risques

En discutant avec les personnes mettant au point ou exploitant les modes opératoires et les analyses

de risques, j’ai très vite cerné un problème : on retrouve soit trop de texte, soit trop d’images.

L’idée est de combiner les deux sur une même page afin d’en faciliter la compréhension et de mieux

cerner les dangers et les difficultés.

Finalement, l’objet de ma réflexion a aboutit à la définition d’une trame type sur laquelle figure :

Le mode opératoire général de la réalisation d’une opération (étape par étape)

L’analyse de risque de chaque étape composée d’une partie illustrée sur laquelle figure des

pictogrammes (triangle rouge) renvoyant au tableau à trois colonnes évoqué ci-dessus

Des points particuliers qui demande une attention particulière mentionnés par un

pictogramme (triangle orange) et renvoyant à des explications.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 121

4.2.5 Présentation de la trame imaginée

TÂCHE RISQUE PREVENTION 1.1 Utilisation du matériel

d’échafaudage Basculement - Renversement Vérification du matériel –

Contreventement et stabilisation systématique

1.1 Utilisation du matériel d’échafaudage

Chute de hauteur Installation des garde-corps arrières

1.2 Ferraillage des sommiers Eraflures Port des gants

1.3 Bétonnage des sommiers Atteinte de la peau et des muqueuses

Ports des gants

En relation avec les reprises en sous-œuvre, j’ai effectué deux carnets suivant cette trame pour

présenter le mode opératoire de la création d’ouverture par la méthode des demi-poutres et par

chevalement. Les deux carnets sont visibles en Annexe 3.1 et 3.2.

PARTIE HAUTE - SCHEMA

PARTIE BASSE – TABLEAU d’ANALYSE des RISQUES

Pictogramme orange :

attentions particulières

Pictogramme rouge :

renvoi à la tâche du

tableau

Figure 3.4.6.3-1 : Trame d’analyse des risques imaginée

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 122

4.2.6 Le devenir de la trame

Cette trame n’a pas pour but de remplacer définitivement les documents types de chacune des deux

entreprises.

Elle restera à disposition pour la suite du chantier voir pour d’autres chantiers.

D’autre part, les carnets réalisés pour la création d’ouverture peuvent également être re-exploités

pour des chantiers futurs.

4.2.7 Autorisation de conduite de la potence

La potence, présenté dans la 3ème partie du rapport est destinée à être utilisée par tous les

compagnons lors de la réalisation des méga-cornières.

Cependant, il n’existe aucun CACES ni CAUES pour ce type de matériel.

Néanmoins, comme pout tout type de matériel, l’employeur est amené à former son personnel à son

utilisation (de façon théorique et pratique).

C’est pourquoi, j’ai rédigé une fiche type d’autorisation de conduite de la potence. Je me suis inspiré

de documents existants pour des ponts roulants et je l’ai adapté au cas précis du chantier de la BNU.

Elle est visible en Annexe 3.3 et balaye un certains nombres de points que le formateur (la personne

chargée de l’installation de la potence) devra évoquer.

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 123

Conclusion

’est avec ce projet de 20 semaines que se termine cinq années de formation supérieure et

finalement 20 années de période scolaire.

Dès demain, il faudra s’immerger dans un nouveau quotidien.

Le bilan d’une telle aventure débutée dans les frimas de l’hiver et terminée dans la chaleur estivale

est impossible à résumer en une seule ligne et doit s’effectuer à différentes échelles.

J’ai tout d’abord été amené à m’intéresser à des domaines techniques précis autour d’un sujet - les

reprises en sous-œuvre - dont je ne connaissais quasiment rien.

Sans en être devenu un expert, j’ai pu découvrir de nombreux points tant généraux que spécifiques.

C’est dans cette découverte, cette recherche et cet apprentissage que se situe l’objectif premier d’un

Projet de Fin d’Etudes.

J’ai également découvert le quotidien d’un ingénieur qui consiste à (se) questionner, analyser,

quantifier, organiser mais également apprendre et découvrir.

Quand ces différents paramètres sont mêlés aux contraintes spécifiques d’un chantier, il s’avère

primordial de prendre en compte le maximum de paramètres afin les confronter et d’en retirer

finalement la solution adaptée. Une solution n’est jamais unique mais celle étant la plus simple

s’avère souvent être la meilleure.

Ma satisfaction réside ensuite dans le fait d’avoir participé au quotidien d’un chantier d’envergure.

J’y ai beaucoup appris : tant sur la dimension atypique du projet que sur ses contraintes, ses

difficultés et finalement sur la réflexion d’Equipe qui amènent les solutions.

J’ai aussi pu observer, écouter et dialoguer sur des thèmes non concernés par le sujet du PFE mais

qui me serviront dans un futur proche.

Les 20 semaines étaient également composées de certaines difficultés, essentiellement au début.

Celles-ci résidaient notamment dans la compréhension du projet où se mêlait démolition,

reconstruction et éléments conservés. Par conséquent, il y a eu une période d’adaptation au projet

mais également au sujet du PFE.

A mi-chemin entre le rêve et l’objectif, je faisais également de ce Projet de Fin d’Etudes l’occasion de

créer une passerelle vers mon entrée dans la vie active. Dès le mois d’octobre, j’orientais mes

recherches avec cette idée en tête.

L’entreprise URBAN m’a témoigné de sa confiance en me proposant un contrat. La cerise sur le

gâteau étant de pouvoir continuer sur ce chantier au contact de personnes avec qui j’apprendrai

énormément.

J’aurais dès demain l’occasion de toucher du doigt la fonction vers laquelle je souhaitais me diriger

dès les premiers jours de mon entrée au sein de l’INSA : la conduite de travaux.

Je pourrais alors appliquer les différents aspects techniques abordés au cours du PFE et durant les 5

ans au sein de l’INSA tout en y intégrant les notions nouvelles de gestion humaine et financière.

Je remplirai également les fiches Qualité créées tout en continuant à m’intéresser à la sécurité des

Hommes.

C

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 124

Finalement, je ne perçois pas le diplôme d’ingénieur comme un aboutissement mais comme le début

d’une aventure professionnelle et personnelle dans le secteur le plus ancien de l’Histoire de

l’Humanité et dans lequel, il me reste finalement tout à apprendre.

C’est un domaine vers lequel je souhaite aller depuis mon plus jeune âge. De plus et c’est peut-être

dans cet aspect que se trouve sa quintessence, il s’agit d’un secteur où la dimension humaine occupe

une part prépondérante…

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Projet de Fin d’Etudes – 24 janvier -10 juin 2011

Réhabilitation et Mise en sécurité de la Bibliothèque Nationale et Universitaire de Strasbourg 125

Bibliographie

www.constructalia.fr

www.enerpac.com

ENGEL P., Guide de la réhabilitation avec l’acier à l’usage des architectes et ingénieurs, 2010