Notre première proposition consiste à réaliser un profil de type treillis. Ce treillis tridimensionnel repose sur un pilier en béton avec appuis néoprène permettant de légers déplacements. Un câble d’acier pré-tendu et articulé à l’arrière du treillis permet d’équilibrer l’ensemble du système. Le poids propre du treillis est alors suffisamment important face aux efforts du vent. Ce câble reprend essentiellement des efforts de traction dans la structure. On y ajoute une jambe de force bi-articulée entre le poteau en béton et la structure treillis afin de reprendre les quelques efforts de compression. Le dimensionnement de cet élément est moins important avec l’ajout d’un câble à l’arrière de la structure. Nous prolongeons notre profil de 5m afin de couvrir la piste. Afin que notre treillis, plutôt horizontal, n’empêche la lumière de pénétrer jusqu’au fond des tribunes nous couvrons l’extrémité du profil avec une surface transparente : verre, polycarbonate ou bien membrane en ETFE afin d’augmenter le confort des utilisateurs.
Descriptif
Notre deuxième proposition consiste également à réaliser un profil treillis entièrement supporté par un système de haubans et de poteaux. Une fois notre système stable, nous le dupliquons tous les 16m (c’est-à-dire chaque 7,5°) environ le long de la ligne de courbure du stade. Ce profil est traversé par un poteau en acier où nous installons un système reprenant les forces horizontales entre le treillis et le poteau horizontal. Au sommet de ce poteau d’acier, un système haubané fixé directement au sol soutient notre profil treillis. Le poteau est, quant à lui, encastré dans le sol. Le système haubané reprend des efforts de tractions, mais pour que le système fonctionne nous devons ajouter du poids propre à notre structure. Nous plaçons donc des blocs de béton à l’extrémité de notre portique afin de mieux tendre nos câbles d’acier, mais aussi afin de reprendre les forces de soulèvement dues au vent. Entre chaque profil nous disposons des pannes qui ont la fonction de transmettre les efforts aux profils. La structure ici proposée est un système de type treillis métalliques, plans, espacés chacun de 6,40 m, reliés entre eux par des pannes réparties tous les 3 m. Un système de contreventement en croix de Saint-André est mis en place, sa disposition n’est pas déterminée ici en raison de la nécessité d’avantage de calculs. Les treillis métalliques reposent sur un bloc de béton de la même hauteur que les tribunes, par le biais de bras métalliques articulés et disposés en tête de bloc, ainsi que par une rotule métallique en pied de bloc. La couverture de la structure est un bardage léger de type polymère coloré qui laisse transparaître une partie de la lumière. Ce bardage recouvre la totalité de la structure sauf à l’extrémité du porte-à-faux où une verrière est préférée pour d’une meilleur transmission de la lumière au public. Nous proposons aussi la mise en place d’une verrière de part et d’autre des tribunes, dans le but de protéger le public du vent quand ils profitent de l’évènement.
Descriptif
Parmi ces trois conceptions nous préférons la conception n°3. Du point de vue architectural, la structure est plus esthétique et efficace que ses concurrentes, nous avons également un fonctionnement par tranche et une répétition des profils. Il s’avère que les conceptions n°1 et n°2 sont assez similaires et que les réalisations de type haubans sont plus réservées aux projets de plus grande ampleur (ex : Stade de France). Enfin, la conception n°3 est plus efficace dans l’utilisation de ses matériaux. A partir de la conception n°3 ci contre, nous décidons d’apporter une rigidité supplémentaire face aux efforts latéraux, en y intégrant un système de contreventement. On croise les élément treillis entre eux, les intersections sont reliées par des traverses et des pannes. Ce système est beaucoup plus résistant aux efforts latéraux que le précédent. Une fois notre structure choisie, vient l’étape du prédimensionnement. Ces calculs se font sur la base de calculs à la main et d’un schéma statique du comportement structurel d’un portique. Le modèle informatique réalisé à l’aide de Rhino 3D a ensuite été introduit dans GSA, un logiciel de calcul de structure, afin de pouvoir les comparer aux résultats des calculs manuels. Nous avons ensuite calculé les efforts verticaux. Il nous a semblé judicieux de décomposer ce portique en plusieurs barres afin de mieux prédimensionné chacune d’entre elles. Nous avons terminés notre analyse par le prédimensionnement des poteaux et des fondations avant d’aboutir aux choix d’une fondation en pieux.
Descriptif
La structure simplifiée de notre profil a été modélisée sur GSA. Les résultats obtenus avec ce logiciel semblent cohérant avec ceux calculés manuellement. Les valeurs trouvées avec GSA ont tendance à d’être légèrement plus grandes, avec des variations inférieures à 15%. Ce logiciel permet la réalisation de différents cas de charges et diagrammes de moment. Nous avons ainsi pu détailler notre structure, sa modélisation et analyse offre une meilleur compréhension de son comportement global. Nous avons donc pu choisir les meilleures sections de l’ensemble des éléments. La section de poteau doit être suffisamment grande pour limiter les déformations et les translations à son extrémité. Cet effet parasite est limité par une section rectangulaire de 1.5x1m. Par ailleurs, le fait de créer des diagonales à l’extrémité du portique a eu un effet très positif sur la limitation de la flèche.
La diagonalisation du profil, notamment sur les derniers 3 mètres, a permis de limiter la flèche de 25% : de 47cm, nous passons à 35cm sur le chargement de l’enveloppe en état limite caractéristique. Le treillis est composé de barres qui rigidifient la structure. Nous avons choisi des sections circulaires creuses pour les diagonales puisque l’inertie est constante dans toutes les directions. En effet, ce type de section, ne présente pas d’axes forts ou d’axes faibles comme les profilés IPE. Ainsi, dans les trois directions, une structure faite de profils en tubes est plus performante notamment pour la reprise du vent latéral. On se limite à trois différentes sections pour faciliter mise en oeuvre de la structure. Grâce aux calculs tirés de la modélisation dans GSA, nous pouvons observer que la conception du contreventement est efficace.
C’est la première barre qui reprend les efforts; les suivantes reprennent seulement des efforts résiduels. Ceci démontre que la conception du système de contreventement est efficace. La conception partielle en 3D est aussi un moyen de vérifier si les flèches sont aussi admissibles par rapport aux normes en vigueur. (Fonctionnement par « tranche » de notre modèle). Ici, la flèche à mi-travée sous ELS est de 20 cm et nous observons que le placement des tympans réduit considérablement la flèche aux abords de ceux-ci. Cependant, le but final de cette modélisation est d’observer l’influence de la mise en place des tympans aux extrémités de notre couverture de stade mais également de vérifier que la fréquence propre soit supérieure à 1 Hz. Le premier mode dynamique nous informe d’une fréquence propre de la structure de 3,1 Hz, conformément aux attentes.
François Seignol 