CAPET sciences industrielles de l'ingénieur troisième concours 2024, épreuve écrite, option ingénierie des constructionsSujet et rapport du jury

INFORMATION AUX CANDIDATS

• -Concours externe du CAPET de l'enseignement public :
  

  

• -Concours externe du CAFEP/CAPET de l'enseignement privé :
  

  

• -Troisième concours externe du CAPET de l'enseignement public :
  ConcoursSection/option
  

  

  
  

  

  
  

  

  
  

  

Présentation du sujet

Informations aux candidats

• -Concours externe du CAPET de l'enseignement publics :
  

  

• -Concours externe du CAFEP/CAPET de l'enseignement privé :
  

  

• -Troisième concours du CAPET de l'enseignement public :
  

  

Sommaire

Présentation du support d'études

Gymnase Jean LAMOUR à NANCY (54)

En mai 2020, le Syndicat Intercommunautaire Scolaire de Nancy (SIS de Nancy) a décidé de construire un gymnase au bénéfice des élèves du collège Jean LAMOUR et du tissu associatif local. L'équipement est dédié au sport scolaire et à la pratique des sports de ballon (basket-ball et volleyball). Il intègre en plus de la salle principale et des vestiaires en RDC, une salle d'activité et un dojo en mezzanine qui profite d'un lien visuel avec la salle principale ainsi que des gradins d'une capacité maximale de 100 personnes.

Coupe transversale

Le Collectif STUDIOLADA qui a remporté le concours de maîtrise d'œuvre sur esquisse, souhaitait utiliser des ressources naturelles locales pour réaliser ce bâtiment, notamment le bois massif. Il a donc conçu une structure interne entièrement visible constituée de poutres industrielles triangulées formant une maille carrée de L 2,00m par H 2,00m. Ces poutres sont assemblées à chaque nœud par des connecteurs métalliques traversants. Ce type de structure permet l'utilisation de bois massif issu du massif vosgien pour composer le portique de 32 mètres de longueur et 10 mètres de hauteur. La charpente composée de 2 travées franchit ainsi une portée de 8 mètres au-dessus de la mezzanine et une portée de 24 mètres au-dessus de la salle principale.

Cette structure en poutre treillis supporte en façade une enveloppe thermique à ossature bois isolée de panneaux de laine de bois et dont la peau extérieure est un bac acier blanc et une résille en Douglas. La toiture terrasse se compose de panneaux CLT épicéa formant support et contreventement, recouverts d'un complexe d'isolation et d'une membrane d'étanchéité PVC.

Après avoir identifié les procédés de réalisation de la couverture, l'objectif de l'étude sera de quantifier les impacts architecturaux, environnementaux et structurels de ce choix fort du bois massif pour la réalisation de cette charpente.

Etude 1 : IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX DES CHOIX ARCHITECTURAUX

Étude 2 : ÉTUDE TECHNIQUE DU COMPLEXE DE COUVERTURE

• -la Fatigue : paramètre caractérisant l'endurance du revêtement aux mouvements du support (dilatation), classé de 1 à 5 (5 étant la meilleure note),
• -l'Indentation : paramètre caractérisant la résistance du revêtement au poinçonnement (perforation), classé de 1 à 5 (5 étant la meilleure note),
• -la Température : paramètre caractérisant la tenue du revêtement aux températures élevées (risque de fluage) classé de 1 à 4 (4 étant la meilleure note).

• -À partir et à la suite des éléments repérés sur le DT8, représenter et repérer l'ensemble des éléments décrits dans le CCTP des lot 05 Couverture_Étanchéité et lot 06 Bardage ;
• -représenter la fixation des différents éléments ;
• -indiquer la cotation d'exécution.

Etude 3 : ETUDE DE L'ISOLATION DU COMPLEXE DE COUVERTURE

• -Humidité relative intérieure HR = 50%
• -Humidité relative extérieure HR = 70%

Etude 4 : ÉTUDE ORGANISATIONNELLE ET ECONOMIQUE DU COMPLEXE DE COUVERTURE

• -définir l'effectif de l'équipe assurant les travaux afin de respecter les délais d'intervention prévus sur le planning d'exécution,
• -assurer le suivi économique du chantier afin de dégager les bénéfices escomptés.

Etude 5 : QUANTITATIFS DE I'OSSATURE BOIS

Question 29 Indiquer, sans calcul, quelle est la nature des sollicitations dans le poteau central et les poteaux

latéraux.

DOCUMENTS TECHNIQUES

Plan du Rez de Chaussée

Plan du R+1

Modes constructifs

• 2.Bac acier simple peu couleur blanche. Profil à ondes sinusoïdales en pose verticale.
  • -Laine de bois insufflée entre montants ép. 160mm.
  • -Panneaux de fibre de bois rigide ép. 80mm.
  • -Profil Oméga perforés support de bac acier.
  • a.Poteau lamellé-collé. Section 160*400mm.
    • -1 Potelet central de section 120*180mm.
    • -4 diagonales de section 80*240mm.
• 6.Complexe toiture :
  • • -Complexe d'isolation ép. 260mm
• 7.Couvertine d'acrotère en acier couleur blanche
• 1.Résille bois : 3 couches de planches croisées d'épaisseur 30mm. Douglas brut non raboté. Section 200*30mm. Boulonnage aux axes en acier laqué noir.
• 3.Complexe MOB (Mur à Ossature Bois) :
  • -Panneau bois intérieur en 3 plis épicéa ép. 20mm formant pare vapeur avec jonctions scotchées.
  • -Film pare pluie.
• 4.Portique bois :
  • b.Poutre treillis en bois massif. 7 couches de bois. Epicéa brut non raboté bois.
    • -2 membrures horizontales de section 100*240mm.
• 5.Boulonnage aux axes en acier laqué noir
  • • -Panneaux CLT épicéa formant support et contreventement ép. 80mm
    • -Membrane d'étanchéité PVC

Document technique DT2 : grands principes de la RE2020

DT 2

Encourager la sobriété énergétique et l'efficacité énergétique

• -Des exigences portant sur les émissions de GES liées à la consommation d'énergie. Les solutions énergétiques plus performantes et moins carbonées seront ainsi incitées : solutions hybrides gaz, RCU vertueux, pompes à chaleur, etc.
• -Des exigences portant sur les émissions de GES liées aux matériaux de construction et équipements, sur leur cycle de vie. D'après les retours de l'expérimentation E+C-, entre 60 et 90 % de l'empreinte carbone des bâtiments neufs est liée aux phases de construction et de démolition.

Garantir la fraicheur des bâtiments en cas de forte chaleur

Document technique DT3 : le bois lamellé-collé

• 1.Le cycle de vie des produits du bois : depuis la forêt jusqu'au recyclage
  

  

• 2.Les atouts du bois lamellé collé
  • -Aspect séduisant et moderne, qui confère une valeur ajoutée à l'environnement intérieur et extérieur,
  • -Rapport résistance/poids élevé, qui permet la construction de structures à grande portée,
  • -Exigences de fabrication élevées et bonne stabilité dimensionnelle dans des conditions normales de température et d'humidité,
  • -Haute résistance au feu, exigence essentielle pour les bâtiments publics et ERP,
  • -Propriétés thermiques satisfaisantes : il réduit l'effet des ponts thermiques ainsi que le risque de condensation,
  • -Léger, le bois lamellé va de pair avec de faibles coûts de transport et de montage et impacte ainsi favorablement le coût et la complexité des fondations,
  • -Durable et notablement résistant aux ambiances agressives (y compris chimiquement agressives),
  • -Production flexible, la fabrication d'éléments structuraux courbes en bois lamellé est économiquement très satisfaisante comparée à d'autres matériaux.

Document technique DT4 : essences de bois utilisées

1. Douglas :

C'est une essence originaire de la côte ouest des États-Unis, connue sous l'appellation Pin d'Oregon. Ce végétal fut introduit vers 1830 tout d'abord en Grande-Bretagne comme arbre d'ornement dans les parcs. Les premières grandes plantations de Douglas, à fin d'exploitation, n'ont eu lieu qu'au début du 20e siècle [...]. Elles sont devenues l'une des principales sources de reboisement, principalement sur les territoires de moyenne montagne du centre de la France.

Il est conseillé d'appliquer une finition pour prolonger sa durée de vie, et son esthétique. La finition donne de bons

résultats pour autant que le bois soit suffisamment sec.

• -Noblesse et esthétique avec un fil droit et une teinte crème qui accueille bien les finitions.
• -Esthétique - Coloris naturel, et chaleureux pour les intérieurs.
• -Homogène - Petits nœuds sains et adhérents.
• -Accepte les traitements et finitions, il devient alors résistant et durable.
• -Respectueux de l'environnement, 100% écologique.

Document technique DT5 :
extraits CCTP Lot 05 Couverture_Étanchéité

5.2 COMPLEXE D'ÉTANCHÉITÉ AUTO PROTÉGÉ POUR TOITURE TERRASSE INACCESSIBLE

5.2.1 PARE VAPEUR

• -épaisseur 420μ
• -pose avec un recouvrement de 100 mm conformément aux indications du fabricant,
• -agrafage des lés au niveau du recouvrement tous les 500 mm sur l'élément porteur en panneaux à base de bois,
• -collage des joints avec une bande adhésive acrylique de type PAVAFIX 60 ou équivalent puis marouflage conformément aux indications du fabricant,
• -le pare-vapeur doit remonter le long des acrotères, jusqu'au bord supérieur de la couche d'isolation thermique décrite ci-après, pour être replié avec un retour de 150 mm minimum sur le dernier lit d'isolant en liège,
• -compris à ce poste, les lés de pare-vapeur mural en attente, en liaison avec le pare vapeur des murs bois.
• -compris à ce poste, toutes sujétions d'étanchéité à l'air : pose d'un cordon de mastic d'étanchéité type PAVABOND de 5 à 7 mm (consommation : 30 ml par mètre) entre la sousface du pare-vapeur type SOPRAVAP posé en partie courante et le retour du pare-vapeur mural. Ce cordon doit être placé environ à 5 cm de l'angle du pied de l'acrotère.

5.2.2 ISOLATION

• -Première couche d'isolant en panneaux rigides en fibres de bois de type PAVAROOF-WFB ou équivalent de classe de compressibilité B ; épaisseur = 180 mm.
  Pose libre en un seul lit sur le pare-vapeur. Les panneaux sont posés jointifs et en quinconce avec un décalage entre joints d'au moins 200 mm.
• -Deuxième couche d'isolant en panneaux rigides en liège expansé de type PAVAROOF-ICB ou équivalent de classe de compressibilité C ; épaisseur = 80 mm.
  Les panneaux sont posés jointifs et en quinconce avec un décalage entre joints d'au moins 200 mm et fixés mécaniquement par un système à rupture de pont thermique à raison de 4 fixations par m^2.
• -Certification ACERMI
• -Compris toutes suggestions d'intégration des réservations de toit et découpes spécifiques
• -Pose suivant la documentation technique du fournisseur et selon DTU 43.4.

5.2.3 ÉTANCHÉITÉ

5.2.3.1 ÉCRAN DE SÉPARATION

5.2.3.2 MEMBRANE PVC

5.2.4 RELEVÉ D'ÉTANCHÉITÉ

5.2.4.1 ÉCRAN DE SÉPARATION

• -Bandes indépendantes adhésives pour les relevés et émergences - de type GEOSTICK 300
  • -non-tissé synthétique de 300 g/m^2 autocollant utilisé comme écran de séparation chimique et mécanique entre l'acrotère bois et la membrane d'étanchéité conformément au Fascicule du CSTB 3502. Un recouvrement minimum de 100 mm entre bandes est à respecter.
    L'écran est positionné et collé sur le support, devant être désolidarisé de la nouvelle membrane d'étanchéité, puis fixé mécaniquement en même temps que la fixation en tête de relevé de la membrane par un feuillard de serrage.

5.2.4.2 MEMBRANE PVC

• -Les relevés sont réalisés grâce à des bandes distinctes des lés de la partie courante. Un recouvrement minimum de 100 mm entre bandes est à respecter.
  Ces bandes recouvrent la partie courante par un talon de 10 cm au moins, soudés sur 3 cm dans le cas de soudure à air chaud.
  Les relevés, d'une hauteur de 150 mm, sont fixés mécaniquement en tête par un feuillard de serrage à raison de 4 fixations par mètre de relevé.
  Les hauteurs de relevés sont celles prescrites dans le DTU 43.4.

• -Étanchéité des relevés en périphérie et sur toutes les émergences
• -Y compris protection des relevés et toutes sujétions de liaison avec la couvertine.

5.2. BARDAGES

5.2.3 VÊTURE 3

Document technique 8 - Coupe sur complexe de couverture et acrotère (éch : 1/(10) )

Document technique DT9 : e-Cahiers du CSTB 2662 _V2 - Juillet 2010

Guide technique UEAtc pour l'agrément des systèmes isolants supports d'étanchéité des toitures plates et inclinées

3.5 Comportement sous l'action des sollicitations mécaniques

4.5 Essais de comportement sous sollicitations mécaniques

4.51 Sous charges statiques réparties et températures élevées

DT9

• échantillons de mousse plastique, de perlite fibrée et de liège :

• • -si l'épaisseur est ≤ 50 mm : 50 mm × 50 mm;
  • -si l'épaisseur est > 50 mm, mais ≤ 100 mm : 100 mm × 100 mm,
  • -si l'épaisseur est > 100 mm, mais ≤ 150 mm : 150 mm × 150 mm ;
• -échantillons de laine minérale : 300 mm × 300 mm,
• -échantillons de verre cellulaire (on recouvre de bitume oxydé l'éprouvette de verre cellulaire) : 200 mm × 200 mm.

• pour les isolants de classes A et B - charge de + 20 kPa ;

• -pour les isolants de classe C - charge de + 40 kPa ;
• -pour les isolants de classe D - charge de + 80 kPa.

• -2 jours pour les matériaux de classes A et B ;
• -7 jours pour les matériaux de classes C et D.

• + 80 °C pour les toitures sans protection lourde ;
• +60 °C pour les toitures avec protection lourde.

• -l'épaisseur initiale de l'éprouvette à 23 °C sous précharge de 1 kPa ;
• -l'épaisseur de l'éprouvette après application de la charge d'essai à 23 °C pendant 24 heures ;
• -l'épaisseur de l'éprouvette sous charge d'essai à température élevée ;
• -pour les matériaux de classes A et B, l'épaisseur de l'éprouvette après séjour de deux jours complets, au moins une fois pendant le premier jour ;
• -pour les matériaux de classes C et D, après séjour de 7 jours complets, l'épaisseur de l'éprouvette au moins une fois pendant les 1er, 2e, 3e, 4e, 5e ou 6e jours, de façon à mettre en évidence la stabilisation de l'épaisseur dans les conditions d'essai.
  Le compte rendu de l'essai indiquera les résultats de toutes les mesures d'épaisseur.

Document technique DT10 : données thermique et hygrothermique

Paroi donnant sur : -l'extérieur -un passage ouvert -un local ouvert ^((1))	Rsi m^2 ⋅ K ⋅ W^(− 1)	Rse ^((2))m^2 ⋅ K ⋅ W^(− 1)	Rsi + Rse m^2 ⋅ K ⋅ W^(− 1)
Paroi verticale : Flux horizontal	0,13	0,04	0,17
Paroi horizontale : Flux ascendant Flux descendant	0,10	0,04	0,14
(1)Un local est dit « ouvert » si le rapport de la surface totale de ses ouvertures permanentes sur l'extérieur, à son volume, est égal ou supérieur à 0, 005 m^2/m^3. Ce peut être le cas par exemple, d'une circulation à l'air libre, pour des raisons de sécurité contre l'incendie. (2)Si la paroi donne sur un autre local non chauffé, un comble ou un vide sanitaire, R_(si) s'applique des deux côtés.

Document technique DT11 : données économiques

• Main d'œuvre

• Matériaux

• -Frais de chantier : 4% du DS
• -Bénéfices et aléas : 5 % du prix de vente Hors Taxes
• -Les Frais généraux seront récupérés sur la main d'œuvre productive : 52% du DS_(mo).

Document technique DT12 : C.C.A.P.

Document technique DT14 : structure ossature bois

Le bâtiment mesure 36 m × 32 m pour une hauteur de 10, 75 m à l'acrotère et est surmonté d'un édicule de 20 m × 11m × 1,2m.

La charpente est constituée de portiques treillis auto-stables en bois massifs entraxe 2m reposant sur 3 poteaux lamellé-collé (portée 8m et 24m). Les panneaux CLT support couverture sont en appui direct sur les fermes et servent également de contreventement en toiture. La stabilité hors plan des portiques est assurée par des stabilités croix de Saint-André bois entre poteaux.

• -2 membrures BM 100 × 240 mm
• -4 diagonales BM 80 × 200 mm
• -1 potelet BM 120 × 180 mm

Document technique DT15 : formulaire poutre continue

Document technique DT16 : données nécessaires au dimensionnement de la poutre lamellé-collé

• -Poids volumique : γGL24 h = 4, 4kN/m3
• -Résistance caractéristique vis-à-vis de la flexion : f_(m, k) = 24MPa
• -Résistance caractéristique vis-à-vis du cisaillement : f_(v, k) = 2, 7MPa
• -Valeur caractéristique moyenne du module d'élasticité axiale : E_(0, mean) = 11600MPa
• -Coefficient partiel de propriété du matériau γ_M : γ_M = 1, 25
• -Coefficient pour la classe de durée de charge k_(mod) : k_(mod) = 0, 8
• -Coefficient tenant compte de la hauteur de la poutre k_h : k_h = 1

Vérification simplifiée des contraintes normales selon l'Eurocode NF EN 1995 limitée à la flexion simple

• - f_(m, d) résistance de calcul à la flexion du bois : f_(m, d) = k_h ⋅ k_(mod) ⋅ (f_(m, k))/(γ_M)
• - σ_(m, d) contrainte max. de calcul en flexion (sur les fibres extrêmes) engendrée par le moment de flexion M_(max) à l'ELU

• - F_(v, d) résistance de calcul au cisaillement du bois : f_(v, d) = k_(mod) ⋅ (f_(v, k))/(γ_M)

• σ_(m, d) contrainte max. de cisaillement engendrée par l'effort tranchant V_(max) à l'ELU :

• ○Pour une section rectangulaire, la contrainte tangente transversale max. est de même direction que l'effort tranchant. Son expression au niveau du centre de gravité de la section droite est :
  τ_(max) = (3 ⋅ V_(max))/(2 ⋅ b ⋅ h)

DOCUMENTS RÉPONSES

DR 1 - Détail d'exécution_Liaison contre-bardage / complexe de couverture
DR 2 - Évolution de la température dans la paroi
DR 3 - Pressions saturantes et pressions réelles
DR 4 - Déboursés secs unitaires
DR 5 - Déboursés secs
DR 6 - Cadre de décomposition du prix global et forfaitaire
DR 7 - Bilan économique du Lot 05 Couverture_Étanchéité Octobre 2022
DR 8 - Bons d'acompte
DR 9 - Quantitatif bois massif

Courbe des températures dans le complexe de couverture

Document réponse DR3 : pressions saturantes et pressions réelles

Courbe des pressions saturantes et réelles dans le complexe de couverture

Document réponse DR5 : déboursés secs des articles 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3, 5.2.4 et 5.2.5 Couvertine du lot 05 Couverture_Étanchéité

Document réponse DR7 : bilan économique du Lot 05 Couverture_Étanchéité Octobre 2022 mois 1