Étude de structure : les différentes étapes de réalisation

L’étude de structure est une analyse technique fondamentale dans le processus de construction, qu’il s’agisse d’une maison individuelle, d’un immeuble de grande hauteur ou d’un ouvrage d’art. Explicitement, elle consiste à évaluer les forces et les contraintes auxquelles une structure sera soumise, visant à garantir sa stabilité et sa sécurité ; la finalité étant de concevoir des éléments capables de résister à ces sollicitations.

Si les résultats issus de l’étude permettent d’optimiser la conception structurelle en termes de coût, de matériaux et de délais de construction, qu’en est-il de ses étapes de réalisation ? La réponse dans ce guide !

1. Phase de préparation

Cette première phase s’identifie au stade où sont posées les bases qui guideront l’ensemble du projet. Elle nécessite une collaboration étroite entre le maître d’ouvrage, l’architecte et l’ingénieur structure.

Analyse des besoins du projet

Cette phase de l’étude de structure consiste à recueillir un maximum d’informations sur le projet, notamment :

• Les plans architecturaux qui donnent une vision globale de l’ouvrage à réaliser : dimensions, implantation, nature des locaux, matériaux prévus, etc.
• Les spécifications techniques qui détaillent les exigences de performance et les normes à respecter : finitions souhaitées, performances énergétiques requises, contraintes réglementaires applicables (normes sismiques, normes d’accessibilité, etc.).
• Les exigences du client en termes de fonctionnalité, de confort et d’esthétique sans oublier les contraintes budgétaires.

Cette collecte d’informations permet de définir clairement les attentes et les contraintes du projet, constituant ainsi la base de l’étude de structure.

Identification des objectifs de l’étude

Une fois les besoins du projet analysés, l’étape suivante consiste à identifier les objectifs de l’étude de structure qui visent à garantir la sécurité, la durabilité et la conformité de la construction. L’un des principaux objectifs est de déterminer les charges que la structure devra supporter. Ces charges incluent non seulement les charges permanentes telles que le poids propre de la construction, mais également les charges variables comme celles dues aux occupants, aux meubles et aux équipements.

La résistance des matériaux est également évaluée pour s’assurer qu’ils peuvent supporter les charges prévues sans se déformer ou se rompre. En outre, l’étude doit prendre en compte les contraintes spécifiques du site, telles que les conditions géotechniques et topographiques, qui peuvent influencer la conception et la stabilité de la structure. Ces contraintes concernent pour la plupart :

• La nature du sol : présence de nappes phréatiques, de cavités, de terrains instables, etc.
• La présence de réseaux enterrés : eau, gaz, électricité, etc.
• L’exposition à des risques naturels : inondation, glissement de terrain, etc.

Ces éléments sont intégrés dans l’analyse pour guider les étapes ultérieures de l’étude et adapter les solutions proposées aux caractéristiques du terrain.

2. Études préliminaires

Ces études ont principalement pour objectif de recueillir des données précises sur le terrain et d’évaluer la faisabilité technique et économique du projet. Autrement dit, ils fournissent les bases nécessaires pour une conception précise et sécurisée.

Relevé et analyse du site

En matière d’étude de structure, le relevé du site implique des investigations géotechniques et topographiques essentielles pour comprendre l’environnement dans lequel la construction va s’implanter. Il comprend notamment :

• Le levé topographique : permet de déterminer l’altitude du terrain, les pentes, les courbes de niveau et les éventuelles ruptures de pente ; des données pour évaluer les risques d’instabilité du terrain.
• Les investigations géotechniques : consistent à prélever des échantillons de sol à différentes profondeurs pour analyser leur composition, leur densité, leur perméabilité et leur capacité portante. Entre autres, elles permettent d’identifier les éventuels risques de tassement, de glissement de terrain ou de remontée de nappes phréatiques.

Étude de faisabilité

L’étude de faisabilité vise à vérifier la compatibilité entre les exigences du projet et les contraintes du site. Techniquement, elle permet d’identifier les éventuels problèmes techniques ou économiques qui pourraient compromettre la réalisation de l’ouvrage.

Au cours de cette étude, l’ingénieur en charge de la mission devra :

• Vérifier la conformité du projet aux réglementations en vigueur : s’assurer que le projet respecte les normes de construction, les règles d’urbanisme et les réglementations environnementales.
• Évaluer les contraintes techniques : vérifier si les solutions techniques envisagées sont réalisables compte tenu des caractéristiques du site et des matériaux disponibles. Cela prend également en compte l’évaluation des méthodes de construction les plus appropriées.
• Effectuer une estimation des coûts : permet de déterminer si le budget prévisionnel est suffisant pour réaliser le projet. Cela implique l’analyse des coûts de construction, des matériaux et de la main-d’œuvre ainsi que la gestion des imprévus financiers.

L’étude de faisabilité permet de s’assurer que le projet est viable et que toutes les conditions sont réunies pour sa réalisation dans les meilleures conditions possibles. Elle offre également une vision claire des défis à anticiper et des solutions à mettre en place dès le début pour les surmonter.

3. Calculs et modélisations

L’efficacité d’une étude de structure exige également de calculer les charges et de réaliser des stimulations de l’ouvrage. La démarche permet d’évaluer la résistance de la structure aux sollicitations auxquelles elle sera soumise et d’optimiser sa conception.

En ce qui concerne les charges, elles peuvent être classées en plusieurs catégories :

• Charges permanentes : le poids propre des matériaux (béton, acier, etc.), les cloisons, les revêtements et les équipements techniques (installations sanitaires, électriques, etc.).
• Charges variables : les charges d’exploitation (mobilier, équipements, personnes), les charges climatiques (vent, neige), les charges accidentelles (séisme, explosion) et les charges dues aux mouvements des occupants.

Qu’importe leur nature, l’évaluation des charges conditionne le dimensionnement des éléments structurels. En effet, une sous-estimation des charges peut conduire à un risque de rupture de la structure. À l’inverse, une surestimation peut entraîner un surdimensionnement et donc une augmentation inutile des coûts de construction.

S’agissant de la modélisation consiste à simuler le comportement de la structure sous différentes conditions de charge afin d’identifier les points faibles potentiels. Les méthodes de modélisation les plus couramment utilisées sont :

• La méthode des éléments finis : ce programme consiste à découper la structure en éléments simples (éléments finis) reliés entre eux par des nœuds. Les équations de l’équilibre sont résolues pour chaque élément fini, puis assemblées pour obtenir une solution globale. Les modèles peuvent inclure des simulations de déformations, de contraintes et de réactions aux charges.
• La méthode des différences finies : cette méthode est basée sur une discrétisation du domaine de calcul en un maillage régulier. Les équations différentielles régissant le comportement de la structure sont approchées par des équations aux différences finies.

Les résultats issus de ces investigations permettent à l’expert en charge de l’étude de structure d’évaluer la sécurité de la construction et d’identifier les zones les plus sollicitées.

4. Élaboration des plans de structure

Une fois les calculs effectués et les modèles validés, le bureau en charge de l’étude de structure procède à la conception des plans détaillés. Pour ce faire, il a recours à des logiciels spécialisés pour créer des plans précis qui illustrent la disposition et les dimensions des éléments structuraux tels que les fondations, les poutres, les colonnes et les dalles.

Ces plans doivent prendre en compte non seulement les charges identifiées et les contraintes du site, mais aussi les matériaux choisis. Chaque détail est soigneusement dessiné pour garantir que la structure sera capable de supporter les charges prévues tout en respectant les normes de sécurité. Notons que les plans structuraux incluent également des détails sur les connexions entre les différents éléments, les types de fixations à utiliser et les méthodes de construction recommandées.

Toutefois, une fois élaborés, ces plans doivent être soumis à un processus rigoureux de révision et de validation, avant d’être transmis à l’entreprise de construction. Cette approche a pour objectif de vérifier :

• La conformité aux règles de l’art : Les plans doivent respecter les normes de construction locales et nationales pour s’assurer qu’ils respectent les critères de sécurité et de performance
• La cohérence des calculs : Les dimensions des éléments structurels doivent être conformes aux résultats des calculs.
• La faisabilité de la réalisation : Les plans doivent être clairs et précis pour permettre aux entreprises de construction de réaliser l’ouvrage dans les meilleures conditions.

En cas de non-conformité, des ajustements sont effectués pour corriger les erreurs ou les omissions. Ce processus de révision et de validation est davantage essentiel pour prévenir pour garantir que la structure finale sera sûre, durable et conforme aux attentes du client.

5. Rapport d’étude et recommandations

La rédaction du rapport final synthétise l’ensemble des données et analyses réalisées au cours de l’étude de structure. Ce document détaillé inclut les résultats des études préliminaires, des calculs de charges et des modélisations structurelles. Il présente également les caractéristiques du site, les propriétés des matériaux utilisés et les contraintes spécifiques identifiées.

Quant aux recommandations de conception, elles sont formulées en fonction de ces résultats, offrant des solutions techniques adaptées pour garantir la stabilité et la sécurité de la structure. Ces recommandations peuvent porter sur différents aspects :

• Les modalités de réalisation des travaux ;
• Le contrôle de la qualité ;
• La maintenance de la structure.

Par ailleurs, le rapport technique établit également des mesures de sécurité à mettre en œuvre durant la construction, en l’occurrence les précautions à prendre pour éviter les risques de tassement ou de glissement de terrain. En d’autres termes, ce document sert de référence pour tous les intervenants du projet, de l’ingénieur à l’architecte en passant par le maître d’ouvrage et le client lui-même.

Une fois le rapport final rédigé, les recommandations doivent être présentées aux parties prenantes du projet. Cette présentation est essentielle pour assurer la mise en œuvre correcte des solutions proposées.

Conclusion

En résumé, la réalisation d’une étude de structure passe par plusieurs étapes clés, chacune jouant un rôle crucial dans la réussite du projet de construction. La phase de préparation permet de collecter les informations nécessaires et de définir les objectifs de l’étude. Des études préliminaires aux calculs des charges en passant par l’élaboration des plans de structure et la rédaction du rapport d’étude, chaque étape ne peut être sous-estimée. À l’évidence, une étude de structure bien menée est gage de la sécurité, de la durabilité et de la conformité du projet, minimisant les risques de défaillances structurelles.