À propos du projet
Le système de soutènement de fouille (SOE) est constitué de parois moulées en béton armé (parois D) solidarisées par un système de butonnage interne en acier. Il s'agit d'une structure provisoire qui permet de réaliser la boîte de station permanente en sous-sol, où circule et s'arrête le métro. L'étude porte ici sur la conception et la vérification des assemblages acier préfabriqués qui composent ce butonnage provisoire.
Les plaques d'acier sont conformes à CAN/CSA G40.20-13 / G40.21-13, nuance 350W, et les butons tubulaires sont conformes à ASTM A252M-19 grade 3. Lorsque des assemblages boulonnés sont utilisés, ils reposent sur des boulons haute résistance conformes à ASTM A490M. L'acier est fabriqué localement et, dans certains cas, à l'étranger, puis expédié sur chaque site pour l'assemblage et le montage. Grounded Engineering est l'ingénieur responsable (EoR) pour deux sites et assure le détail des assemblages pour l'autre.
Défis d'ingénierie
Les poussées latérales des terres sur le système SOE ont été déterminées à l'aide de diagrammes de pression apparente des terres, afin d'établir des enveloppes de calcul représentatives. Ces enveloppes, ainsi que les conditions ci-dessous, ont servi à établir les efforts de calcul des assemblages pour l'effort axial, l'effort tranchant et le moment fléchissant :
- Pression hydrostatique
- Surcharges de construction
- Action du gel et effets thermiques
- Platelage de circulation et charges de portiques de levage
- Charges accidentelles
- Charges excentrées
Le butonnage interne reprend un effort axial important, ce qui signifie que les assemblages entre les éléments de butonnage et les parois moulées sont fortement sollicités. Grounded Engineering a élaboré les conceptions initiales en s'appuyant sur la mécanique de l'ingénieur ainsi que sur les dispositions des normes CSA S16, CSA S6, CSA A23.3 et AISC, le cas échéant. Ces méthodes ont fourni une estimation fiable au premier ordre de la capacité des assemblages, mais, par nature, elles simplifient le comportement réel de l'assemblage.
La combinaison d'une géométrie complexe, de charges élevées et de l'interaction entre l'acier et le béton a rendu difficile l'évaluation manuelle de plusieurs effets. La redistribution des contraintes, les concentrations de contraintes, la flexibilité des plaques, l'effet de levier, la transmission tridimensionnelle des efforts, la rigidité des assemblages et la stabilité locale entrent tous dans cette catégorie. De plus, une excentricité de construction imposée de 50 mm a ajouté des moments et des déformations qu'il est difficile de saisir avec les calculs manuels conventionnels.
La constructibilité a ajouté une couche de complexité supplémentaire. Les ensembles d'assemblage sont volumineux et complexes, de sorte que les tolérances de fabrication, les dégagements de montage et les conflits potentiels ont tous dû être vérifiés. Et comme les conditions sur le terrain ont continué d'évoluer pendant la construction, l'équipe avait besoin d'un moyen rapide d'examiner les configurations telles que construites et de définir des solutions correctives pratiques en cas de changement.
Solutions et résultats
Pour étudier ces assemblages, Grounded Engineering a utilisé IDEA StatiCa Connection pour les assemblages acier et a poursuivi côté béton dans IDEA StatiCa Detail. Dans Connection, la Méthode des Éléments Finis basée sur les composants (CBFEM) a permis de traiter les plaques, les soudures, les boulons et l'ancrage du butonnage dans la paroi moulée. Detail a ensuite servi à vérifier la région en béton armé où ces efforts sont transmis à la paroi.
Les analyses CBFEM ont complété les calculs traditionnels sans les remplacer. Elles ont permis de saisir des comportements que les méthodes manuelles ne pouvaient qu'approximer, notamment les cheminements d'efforts tridimensionnels, la déformation des plaques, l'effet de levier, le comportement des soudures et l'interaction entre l'acier et le béton armé. L'excentricité de construction de 50 mm a été intégrée directement dans les modèles, ce qui a permis d'examiner explicitement les effets secondaires et les déformations des assemblages liés à ce décalage.
Il convient de noter que l'analyse n'a pas remplacé le jugement d'ingénieur de l'équipe. Elle a conforté l'équipe dans les hypothèses de conception et a mis en évidence des points où certains composants d'assemblage pouvaient être optimisés. Le dossier de calcul final reflète cet équilibre, avec 115 pages de calculs manuels appuyées par 81 pages de résultats IDEA StatiCa.
Les modèles 3D ont également été utiles pour la constructibilité. La possibilité d'examiner l'ensemble de l'assemblage en trois dimensions a permis à l'équipe de repérer les conflits potentiels et de vérifier les tolérances de montage avant que quoi que ce soit n'arrive sur le terrain. Lorsque des conditions telles que construites ou des modifications sur site sont apparues pendant la construction, ces changements ont pu être évalués rapidement, ce qui a permis de déterminer si des mesures correctives étaient nécessaires tout en limitant l'impact sur le calendrier.
Pour la coordination, les modèles d'assemblage ont été exportés aux formats IFC et DWG afin de pouvoir être intégrés dans Revit avec le reste des données du projet. Les équipes d'ingénierie, de dessin et de construction ont ainsi disposé d'une référence 3D commune pour chaque assemblage, ce qui permet souvent de détecter tôt les erreurs et les demandes d'information (RFI) inutiles.
Grounded Engineering a également souligné que le logiciel ne représentait qu'une partie de l'histoire. Du lancement initial jusqu'au support technique continu, l'équipe IDEA StatiCa est restée réactive et impliquée dans le projet, et le développement continu, guidé par les retours des utilisateurs, a fait du logiciel un partenaire utile tout au long de la conception.