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Étude du comportement de la structure de la structure du CNIT
Service d’études sur les transports, les routes et leurs aménagements
www.setra.developpementdurable.gouv.fr
Club Ouvrages d’ArtÎle-de-France16 février 2012
Le Centre National des Industries et des techniques (C.N.I.T.)
22
2
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Le Centre National des Industries et des techniques (C.N.I.T.)� 19561958 : Construction du C.N.I.T.
Accueil des grandes expositions de Paris (GrandPalais)
� Aujourd’hui :
1961 : le salon des arts ménagers
33
3
� Aujourd’hui :
Bureaux, commerces,
centre de congrès
Propriétaire : Unibail
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Expertise de la structure du C.N.I.T.
� Contexte : Prolongement de la ligne RER E, il envisagé la réalisation d’une gare sous le CNIT
44
4
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Expertise de la structure du C.N.I.T.
�Objet de l’expertise : XELIS, AMO de RFF a consulté le Sétra pour évaluer le comportement de la structure sous l’effet de déplacement des fondations
1.Recueil de données1.Recueil de données
2.Inspection de la structure
3.Etude structurale : élaboration de modèles de la voûte
4.Etude géotechnique : élaboration de modèles pour le calcul des déplacements des culées
5.Analyse du comportement de la structure sous les actions induites par les travaux (+ rupture éventuelle de tirants)
55
5
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Expertise de la structure du C.N.I.T.
� Pilotage technique de la mission d’expertise :
Sétra / CTOA : Christian Crémona
� Structures : Sétra / CTOA /DGOI � Structures : Sétra / CTOA /DGOI
JeanPaul Deveaud
Fernando Dias (DiRIF/SAR/DIOA depuis le 01/10/11)
� Géotechnique : IFSTTAR et Sétra/CTOA
Sébastien Burlon (IFSTTAR)
Frédéric Rocher-Lacoste Sétra (Sétra/CTOA)
Jérôme Saliba (Sétra/CTOA)
66
6
Jérôme Saliba (Sétra/CTOA)
�Inspection et matériaux : IFSTTAR
Franziska Schmidt
JeanFrançois Seignol
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Conception et caractéristiques du CNIT
� Couverture : structure assimilable à une voûte d’arête encastrée sur trois points d’appui, inscrite dans un triangle équilatéral de 218m de côté.
Variation de la portée théorique de 205.50m (façade) à 237,40m (noue)
77
7arête de façade :102.75
Tym
pan
de c
lef
205.50m (façade) à 237,40m (noue)
Une « demi-voûte »
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Conception et caractéristiques du CNIT
� Couverture : les 3 « voûtes » sont constituées de 3x3 fuseaux à deux coques réliées par des âmes rayonnantes.
�arête arête
de noueJoint entretranches
Joint entretranchesCOUPE E-E
1er tranche d’exécution 2e tranche d’exécution 3e tranche d’exécution
arête de façadede noue tranches
(fin chantier)
tranches(fin chantier)
COUPE E-E
E
Dans l’axe de chaque fuseau la hauteur totale de la section varie de
Vue en plan d’une « demi -voûte »
88
8 E
hauteur totale de la section varie de 1,90 à la clef à 2,75 à la naissance
Epaisseurs courantes :- des coques : 6 à 6,5cm- des âmes : 6 cm
« demi -voûte »
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Conception et caractéristiques du CNIT
Elévation de la façade
Compression de la voûte sousson poids propre Tympanson poids propre
Coques supérieures
Tympande clef
Coupe du tympan de clef
99
9
supérieures
Coques inférieures
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Principes de réalisation
1010
10
Réalisation des massifs de fondation et des naissances de la voûte
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
1111
11
Réalisation des naissances
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
1212
12
Réalisation du tympan de clé
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
1313
13
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
1414
14
Réalisation de la coque inférieure du premier fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Coffrage de la coque inférieure
Principes de réalisation
1515
15
Bétonnage de la coque inférieure
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Principes de réalisation
1616
16
Mise en place des âmes et tympans préfabriqués du premier fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Mise en places des âmes et tympans préfabriqués
Principes de réalisation
1717
17
Réalisation de la première tranche
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
1818
18
Réalisation de la coque supérieure du premier fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Coffrage de la coque supérieure
Principes de réalisation
1919
19
Fuseau centrale avant le décintrement
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
2020
20
Vérinage correspondant au raccourcissement élastique de la voûte
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
6 cm
Principes de réalisation
2 cm
2 cm
2121
21
Poursuite du vérinage pour compenser la moitié des déformations différées
2 cm
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Principes de réalisation
Vérins pour le décintrement
2222
22
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Principes de réalisation
2323
23
Réalisation du tympan de clef du second fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
1er fuseau décintré, échafaudages ripés pour l’exécution du second fuseau
Principe de réalisation des
2424
24
Principe de réalisation des fuseaux successifs
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
2525
25
Réalisation de la coque inférieure du second fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
2626
26
Mise en place des âmes et tympans préfabriqués du second fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
2727
27
Réalisation de la coque supérieure du second fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
2828
28
Vérinage - décintrement
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
2929
29
Réalisation du tympan de clef du troisième fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3030
30
Réalisation de la coque inférieure du troisième fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3131
31
Mise en place des âmes et tympans préfabriqués du troisème fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3232
32
Réalisation de la coque supérieure du troisième fuseau
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3333
33
Vérinage - décintrement
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3434
34
Troisième fuseau terminé
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Troisième fuseau réalisée
Principes de réalisation
3535
35
Joint entre fuseau au niveau du tympan de clef
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Principes de réalisation
3636
36
Clavage des fuseaux
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3737
37
Clavage des fuseaux
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Principes de réalisation
3838
38
Vue du CNIT à l’achèvement des travaux ,1959
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation
Deux modèles :
� Un modèle à barre avec le logiciel PCP pour la modélisation globale de la structure qui permet de modéliser facilement le phasage de construction avec la prise en compte des effets différés (retraitfluage)
� Un modèle aux éléments finis avec le logiciel d’EDF CodeAster pour valider le modèle à barre et pour les effets non appréhendables par le modèle à barre (par exemple la diffusion des efforts à la clé dans le tympan et les coques)
3939
des efforts à la clé dans le tympan et les coques)
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation PCP Géométrie
E
EEE
4040
40
E
G
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Modélisation PCP Géométrie
E
F Poutre 3E
EPoutre 2
Poutre 1
Poutre 1-2-3
F
F
F
F
E
4141
41
G
E
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Modélisation PCP – Vue général
4242
42
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation PCP – Sections des poutres
Poutre 1 Poutre 2
Poutre 3
4343
43
Tympan
de clef
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation PCP Liaison
Liaison tympan de clef
Liaison entre tranches
4444
44
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation PCP – Vue Solidview
4545
45
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation PCP – Phasage de construction
Phasage de construction :� prise en compte du fluage/retrait du béton
� respect du calendrier des opérations de coulage, décintrement et respect du calendrier des opérations de coulage, décintrement et vérinage des fuseaux
� Comparaisons des déplacements observés pendant le chantier / calculés par le modèle
� Clavage des éléments en fin de construction
4646
46
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation aux éléments finis
• Gmsh pour le maillage et l'exploitation graphique des résultats
• Code_Aster pour le calcul mécanique
Géométrie
Commune au modèle PCP.
Éléments finis utilisés
De type coque 3D pour :les coques âmestympans
De type éléments volumiques pour :
4747Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
De type éléments volumiques pour :Les massifs de fondationLe tympan de clé
Nature du calcul
Élastique linéaire
Modélisation aux éléments finis
4848Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation aux éléments finis
4949Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation aux éléments finis
5050
Éléments de coque flexible
Éléments volumiques
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation aux éléments finis
5151Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Modélisation – Comparaison des 2 modèles
Contrainte extrados sous poids propre
Compression : Aster ( σσσσ < 0) - PCP (σσσσ > 0)
5252
52
Code Couleur : ASTER
Valeurs : PCP
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Résultats des études
5353
53
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Résultats des études
« Etat actuel moyen »
Contrainte moyenne dans les fuseaux
5454
54
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Résultats des études« Etat actuel moyen » - Contraintes au sommet des coqu es supérieures
5555
55
Réunion au Sétra le 16/12/2011
Résultats des études« Etat actuel moyen » - Contraintes en bas des âmes
5656
56
Réunion au Sétra le 16/12/2011
Résultats des études avec rupture tirants
5757
57
D (1 tirant) = 13,6 mmD (2 tirants) = 22 mm
Club Ouvrages d’Art ÎledeFrance 16 février 2012
Résultats des études« ELS Caractéristiques avec rupture» - Contraintes au sommet des coques supérieures
5858
58
Réunion au Sétra le 16/12/2011
Résultats des études« ELS Caractéristiques avec rupture» - Contraintes en bas des âmes
5959
59
Réunion au Sétra le 16/12/2011