Cours Génie Civil – Cours de 2ème année de l’École Centrale Paris

Le document Génie Civil – 2ème année d’études, attribué à Messieurs Cognon et Lacombe, constitue un support pédagogique de l’École Centrale Paris pour l’année universitaire 1997-1998. Il s’inscrit dans la formation aux principes fondamentaux du génie civil, discipline qui regroupe la conception, le dimensionnement, la construction et la maintenance des bâtiments et infrastructures.

Le génie civil couvre un champ très large : structures, béton armé, résistance des matériaux, fondations, mécanique des sols, matériaux de construction, ouvrages d’art et méthodes de réalisation.

Un cours général de génie civil constitue ainsi une base importante pour les étudiants et techniciens souhaitant comprendre le comportement des structures et les différentes étapes permettant de transformer un projet théorique en ouvrage réellement construit.

Qu’est-ce que le génie civil ?

Le génie civil est la discipline de l’ingénierie consacrée à la conception, au calcul, à la construction et à la maintenance des ouvrages nécessaires à la société.

Il concerne notamment :

• les bâtiments ;
• les ponts ;
• les routes ;
• les tunnels ;
• les barrages ;
• les fondations ;
• les ouvrages industriels ;
• Les réseaux et infrastructures.

Un projet de génie civil nécessite généralement l’intervention de plusieurs spécialistes.

Architectes, ingénieurs, géotechniciens, dessinateurs, conducteurs de travaux et techniciens doivent travailler ensemble afin de transformer les exigences du projet en une construction réalisable et durable.

Les principales disciplines du génie civil

Le génie civil ne se limite pas au calcul des bâtiments.

Il regroupe plusieurs domaines complémentaires.

Structures

L’ingénierie des structures étudie la manière dont les ouvrages résistent aux différentes actions qui leur sont appliquées.

Elle concerne notamment :

• poutres ;
• poteaux ;
• dalles ;
• portiques ;
• murs ;
• charpentes ;
• fondations.

Le rôle de l’ingénieur consiste notamment à comprendre comment les efforts circulent dans la structure.

Géotechnique

La géotechnique étudie le comportement des sols et leur interaction avec les constructions.

Elle est particulièrement importante pour la conception des fondations.

Matériaux de construction

Les ingénieurs doivent connaître les caractéristiques des principaux matériaux :

• béton ;
• acier ;
• bois ;
• maçonnerie ;
• Matériaux composites.

Chaque matériau possède ses avantages, ses limites et ses domaines d’utilisation.

Hydraulique et infrastructures

Le génie civil comprend également les ouvrages liés à l’eau, aux réseaux et aux infrastructures de transport.

Les charges appliquées aux structures

Avant de dimensionner une structure, il faut identifier les actions auxquelles elle sera soumise.

Certaines charges sont permanentes.

Elles correspondent notamment au poids propre de la structure et aux éléments fixes du bâtiment.

D’autres charges dépendent de l’utilisation de l’ouvrage.

Un plancher de logement, un entrepôt industriel et une passerelle ne sont pas soumis aux mêmes conditions d’exploitation.

Selon le type de construction et sa localisation, d’autres actions doivent également être considérées suivant les règles applicables au projet.

Le dimensionnement consiste donc à vérifier que la structure possède un comportement satisfaisant pour les situations prévues.

Comment les efforts circulent-ils dans un bâtiment ?

La compréhension du cheminement des charges constitue l’une des bases du génie civil.

Prenons un bâtiment relativement simple.

Les charges appliquées sur un plancher sont transmises aux éléments porteurs.

Le chemin peut par exemple être représenté par :

Dalle → poutre → poteau → fondation → sol

Cette représentation simplifiée permet de comprendre qu’un bâtiment fonctionne comme un ensemble.

Chaque élément participe à la transmission des efforts.

Une modification apportée à une poutre ou un poteau peut donc avoir des conséquences sur d’autres éléments de la structure.

La résistance des matériaux en génie civil

La résistance des matériaux, souvent appelée RDM, permet d’étudier le comportement des éléments soumis à différentes sollicitations.

Les principaux phénomènes étudiés sont notamment :

Traction

Une pièce est sollicitée en traction lorsque des forces tendent à l’allonger.

Compression

En compression, les forces tendent au contraire à raccourcir l’élément.

Les poteaux sont souvent soumis principalement à ce type de sollicitation.

Flexion

La flexion apparaît fréquemment dans les poutres.

Une charge appliquée entraîne une déformation de l’élément.

Cisaillement

Le cisaillement correspond à une sollicitation importante dans de nombreux éléments structurels.

Torsion

La torsion apparaît lorsque des actions provoquent une rotation autour de l’axe d’un élément.

Comprendre ces sollicitations permet ensuite d’aborder le dimensionnement des structures.

Les contraintes et déformations

Lorsqu’un élément est chargé, des contraintes apparaissent dans le matériau.

Celui-ci peut également se déformer.

Le calcul de structure ne consiste donc pas seulement à vérifier qu’un élément ne casse pas.

Il faut aussi vérifier que les déformations restent compatibles avec le fonctionnement de l’ouvrage.

Une poutre peut théoriquement rester résistante tout en présentant une déformation trop importante pour son utilisation.

Les vérifications de résistance et de service constituent donc deux aspects complémentaires.

Le béton armé

Le béton armé est l’un des matériaux les plus importants du génie civil.

Le béton présente une bonne résistance à la compression mais une résistance beaucoup plus faible à la traction.

Des armatures en acier sont donc intégrées afin d’améliorer le comportement de l’ensemble.

Cette association permet de réaliser :

• poteaux ;
• poutres ;
• dalles ;
• murs ;
• fondations ;
• ouvrages de soutènement.

La position du ferraillage dépend directement du fonctionnement mécanique de l’élément.

Les poutres en béton armé

Une poutre reçoit des charges et les transmet vers ses appuis.

Lorsqu’elle fléchit, certaines zones sont principalement comprimées tandis que d’autres sont tendues.

Les armatures principales sont positionnées afin de reprendre les efforts correspondants.

Des armatures transversales sont également utilisées afin de participer au comportement de la poutre vis-à-vis d’autres sollicitations comme le cisaillement.

Le dimensionnement doit toujours être effectué selon les règles de calcul applicables au projet.

Les poteaux

Les poteaux sont généralement des éléments verticaux.

Ils transmettent les charges provenant des niveaux supérieurs vers les fondations.

Ils travaillent principalement en compression, mais leur comportement réel peut être plus complexe en fonction de la structure.

Leur géométrie, leur longueur, leurs liaisons et les efforts appliqués doivent être pris en compte.

Un poteau joue un rôle essentiel dans la stabilité d’un bâtiment.

Les dalles

Les dalles constituent les surfaces horizontales des planchers.

Elles reçoivent directement différentes charges et les transmettent vers leurs appuis.

Selon leur géométrie et leurs conditions d’appui, elles peuvent travailler suivant une ou plusieurs directions.

La compréhension du fonctionnement de la dalle permet de définir correctement les éléments porteurs auxquels elle transmet les efforts.

Les fondations

La structure ne s’arrête pas au niveau du sol.

Les fondations assurent la transmission des charges vers le terrain.

Il existe différentes solutions selon :

• les charges ;
• la nature du terrain ;
• la profondeur du sol résistant ;
• la géométrie de l’ouvrage ;
• les conditions géotechniques.

Le choix de la fondation ne peut donc pas être effectué correctement sans connaître suffisamment le terrain.

L’importance de la mécanique des sols

Le sol est lui-même un matériau complexe.

Sa capacité à supporter un ouvrage dépend de ses caractéristiques.

La mécanique des sols permet notamment d’étudier :

• la nature du terrain ;
• sa résistance ;
• les tassements ;
• la présence d’eau ;
• sa stabilité ;
• sa réponse aux charges.

Deux bâtiments similaires peuvent nécessiter des solutions de fondation différentes s’ils sont construits sur des terrains différents.

L’étude géotechnique constitue donc une étape essentielle pour de nombreux projets.

Les matériaux de construction

Un ingénieur civil doit comprendre le comportement des matériaux utilisés.

Béton

Le béton peut être adapté à de nombreux types d’ouvrages.

Ses caractéristiques dépendent notamment de sa formulation et de sa mise en œuvre.

Acier

L’acier possède des propriétés particulièrement intéressantes en traction et permet de réaliser des structures relativement élancées.

Bois

Le bois est également utilisé pour des structures de bâtiments, charpentes et différents éléments.

Maçonnerie

La maçonnerie reste très présente dans la construction des bâtiments.

Chaque matériau nécessite ses propres méthodes de calcul et ses propres détails constructifs.

Dessin technique et lecture de plans

Un projet de génie civil est accompagné d’une documentation graphique importante.

Les plans permettent de transmettre les informations entre le bureau d’études et le chantier.

On peut notamment rencontrer :

• plans d’implantation ;
• plans de coffrage ;
• plans de ferraillage ;
• coupes ;
• façades ;
• détails constructifs.

Savoir lire ces documents constitue une compétence fondamentale.

Un calcul correct ne sert à rien si les informations nécessaires à l’exécution ne sont pas correctement communiquées.

Les plans de coffrage

Le plan de coffrage représente principalement la géométrie des éléments en béton.

Il permet notamment d’identifier les poutres, poteaux, dalles et ouvertures.

Les niveaux et dimensions doivent être clairement indiqués afin que l’équipe chargée de l’exécution puisse comprendre la structure.

Les plans de ferraillage

Le plan de ferraillage précise la disposition des armatures.

Il traduit donc les résultats de l’étude structurelle en informations utilisables sur le chantier.

Une erreur d’interprétation du ferraillage peut modifier le comportement réel de la structure.

La lecture attentive des plans constitue donc une étape importante avant le bétonnage.

De la conception au chantier

La réalisation d’un ouvrage suit plusieurs phases.

On commence généralement par définir le besoin.

Les études permettent ensuite de développer une solution technique.

Les plans et documents nécessaires à la construction sont préparés avant le lancement ou l’avancement des travaux.

Sur le chantier, la réalisation doit être contrôlée afin de vérifier sa conformité aux documents du projet.

Le processus peut être résumé ainsi :

Besoin → conception → calcul → plans → réalisation → contrôle

Chaque phase influence la suivante.

Le contrôle qualité en génie civil

Le contrôle est nécessaire à plusieurs étapes de la construction.

Il peut concerner les matériaux, les dimensions, l’implantation ou la conformité de certains éléments aux plans.

Pour le béton armé, par exemple, le ferraillage doit être vérifié avant le bétonnage.

Une fois le béton coulé, certaines erreurs deviennent beaucoup plus difficiles à corriger.

La qualité doit donc être intégrée tout au long du processus de construction.

Génie civil et sécurité

La sécurité constitue un aspect majeur.

Les ouvrages doivent présenter un niveau de sécurité adapté pendant leur utilisation, mais la sécurité des personnes pendant les travaux est également essentielle.

Les chantiers comportent différents risques liés aux équipements, travaux en hauteur, engins, manutentions et différentes phases de construction.

Les procédures de sécurité doivent être intégrées à l’organisation du chantier.

L’évolution des méthodes de calcul

Le document présenté date de 1997-1998.

Il peut donc être particulièrement intéressant comme support pédagogique ou historique pour comprendre les principes du génie civil.

Cependant, les normes et méthodes réglementaires ont évolué depuis cette période.

Pour appliquer des règles de dimensionnement à un projet actuel, il est indispensable d’utiliser les normes en vigueur et les documents réglementaires adaptés au pays et au type d’ouvrage.

En Europe, les Eurocodes occupent aujourd’hui une place importante dans le calcul des structures.

Il faut donc distinguer les principes fondamentaux, qui restent utiles, des prescriptions réglementaires qui peuvent avoir changé.

CAO, calcul numérique et BIM

Les outils utilisés en génie civil ont également beaucoup évolué.

Les calculs et dessins autrefois réalisés principalement manuellement sont aujourd’hui largement assistés par ordinateur.

Les logiciels permettent de réaliser :

• modèles de structures ;
• calculs numériques ;
• dessins 2D ;
• modèles 3D ;
• coordination BIM.

La technologie facilite le travail, mais elle ne remplace pas la compréhension des principes mécaniques.

Un ingénieur doit toujours être capable d’interpréter les résultats produits par un logiciel.

Pourquoi étudier un ancien cours de génie civil ?

Un support pédagogique ancien peut conserver une grande valeur lorsqu’il est utilisé correctement.

Les bases concernant les efforts, le fonctionnement des structures, les matériaux ou le cheminement des charges restent utiles pour comprendre la discipline.

Il permet aussi d’observer la manière dont le génie civil était enseigné avant la généralisation de nombreux outils numériques modernes.

En revanche, toute formule, règle de dimensionnement ou disposition réglementaire doit être comparée aux références actuellement applicables avant d’être utilisée dans un projet réel.

À qui peut servir ce cours ?

Ce support peut intéresser :

• les étudiants en génie civil ;
• les étudiants en bâtiment ;
• les techniciens ;
• les dessinateurs ;
• les futurs ingénieurs ;
• les professionnels souhaitant réviser les bases des structures.

Il peut également compléter des ressources plus spécialisées consacrées au béton armé, à la résistance des matériaux, aux fondations ou à la lecture de plans.

Conclusion

Le Génie Civil – 2ème année d’études de l’École Centrale Paris, associé à Messieurs Cognon et Lacombe et daté 1997-1998, constitue un document pédagogique lié à l’apprentissage des fondamentaux du génie civil.

Le génie civil associe plusieurs disciplines : structures, résistance des matériaux, béton armé, fondations, géotechnique, matériaux et dessin technique.

La compréhension du cheminement des charges, du comportement des matériaux et de l’interaction entre structure et terrain est indispensable pour progresser dans ce domaine.

Ce support peut donc être intéressant pour réviser les principes fondamentaux. Pour toute application professionnelle actuelle, les anciennes règles de calcul doivent toutefois être complétées ou remplacées par les normes et réglementations actuellement en vigueur.

FAQ – Génie Civil

Qu’est-ce que le génie civil ?

Le génie civil est la branche de l’ingénierie consacrée à la conception, au calcul, à la réalisation et à la maintenance des bâtiments et infrastructures.

Quelles sont les principales matières étudiées en génie civil ?

Les principales matières comprennent notamment la résistance des matériaux, les structures, le béton armé, la mécanique des sols, les fondations, les matériaux et la lecture de plans.

Pourquoi étudier la résistance des matériaux ?

Elle permet de comprendre comment les éléments se comportent sous différentes sollicitations comme la traction, la compression, la flexion ou le cisaillement.

À quoi servent les fondations ?

Les fondations transmettent les charges de la structure au terrain dans des conditions compatibles avec les caractéristiques du sol et du projet.

Un cours de génie civil de 1997-1998 est-il encore utile ?

Oui pour comprendre ou réviser de nombreux principes fondamentaux. En revanche, les règles de calcul et prescriptions réglementaires doivent être vérifiées avec les normes actuellement en vigueur.

Quelle est l’importance des Eurocodes ?

Les Eurocodes constituent aujourd’hui un ensemble majeur de normes européennes pour le calcul structurel. Leur application dépend du type d’ouvrage et du cadre réglementaire concerné.

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