1 – Objectifs
Dans le cadre du BTS Bâtiment, le chapitre consacré à l'étude des structures (S8) a pour objectif principal de permettre aux étudiants d'acquérir une solide compréhension des différentes structures utilisées dans le domaine de la construction.
Grâce à cet enseignement, les étudiants seront capables d'analyser et de concevoir des structures adaptées aux projets de construction, en prenant en compte les contraintes techniques, économiques et environnementales. Ils développeront également des compétences en matière de calculs de résistance des matériaux et d'utilisation des logiciels de modélisation.
2 – Programme
À travers les thématiques clés telles que la modélisation d'un élément de structure (S8.1), l'équilibre d'un élément de structure (S8.2), la résistance des matériaux (S8.3), la descente de charges (S8.4), l'application de la réglementation au calcul des structures (S8.5) et la mécanique des sols (S8.6), les étudiants acquerront une solide base de connaissances et de compétences dans le domaine de la construction.
A - S 8.1 – Modélisation d’un élément de structure
Les modélisations d'un élément de structure comprennent les connaissances suivantes:
- Actions mécaniques ;
- Liaisons externes et internes ;
- Élément de structure à étudier ;
- Charges permanentes et variables en phases provisoire et définitive ;
- Surface d’influence ;
- Chargement de l’élément de structure ;
- Modélisation mécanique d’un élément de structure plan, simple, chargé provisoirement ou définitivement ;
- Modélisation mécanique d’un élément en configuration de levage, de manutention et de stockage.
Cette thématique permet aux candidats :
- L'identification de la nature et du mode d'application des actions mécaniques ;
- La définition et modélisation des liaisons mécaniques ;
- La localisation de l'élément à étudier dans la structure ;
- La détermination des charges unitaires selon la réglementation en vigueur ;
- La détermination de la surface d'influence de l'élément de structure ;
- L'application des coefficients de pondération des charges selon la réglementation en vigueur ;
- Le calcul du chargement de l'élément de structure ;
- L'établissement d'un modèle mécanique comprenant les liaisons, les portées et les chargements ;
- L'établissement du modèle mécanique correspondant.
B - S 8.2 – Equilibre d’un élément de structure
L'équilibre d'un élément de structure comprend les notions suivantes:
- Statique d’une structure plane isostatique soumise à des forces coplanaires ;
- Poutres ;
- Portiques.
Cette thématique permet aux candidats :
- D'énoncer les conditions d’isostaticité d’un système ;
- De déterminer si une structure est hypostatique, isostatique ou hyperstatique ;
- D'isoler un solide ou un ensemble de solides ;
- D'établir un schéma mécanique ;
- De déterminer les actions de liaison par une méthode analytique ;
- De calculer les actions de liaison d’une poutre continue d’inertie constante sans dénivellation d’appuis en utilisant le théorème des 3 moments (degré d’hyperstaticité inférieur ou égal à 2) ;
- De calculer les actions de liaison d’un portique simple en utilisant la méthode des forces (degré d’hyperstaticité égal à 1) ;
- D'exploiter un logiciel résistance des matériaux (saisie 85/155 des données, exploitation des résultats…).
C - S 8.3 – Résistance des matériaux
Le savoir Résistance des matériaux comprend les concepts suivants :
- Hypothèses ;
- Les différents types d’éléments ;
- Caractéristiques mécaniques des matériaux ;
- Caractéristiques géométriques d’une section droite ;
- Sollicitations internes ;
- Traction simple, compression simple ;
- Loi de Hooke ;
- Instabilité de flambement ;
- Flexion simple, flexion composée ;
- Conditions de résistance ;
- Conditions de déformation.
Cette thématique permet aux candidats :
- D'énoncer les hypothèses de la résistance des matériaux ;
- D'identifier le type d’élément (poutre, plaque, etc) à partir des hypothèses de la résistance des matériaux ;
- De comparer les matériaux au regard de leurs caractéristiques mécaniques ;
- De déterminer la position du centre de gravité et les moments quadratiques d’une section par le calcul et/ou à partir d’une fiche technique ;
- De justifier la position des points d’ancrage et de levage d’une pièce préfabriquée ;
- De déterminer l’effort normal, l’effort tranchant et le moment fléchissant au centre de gravité d’une section droite ;
- De tracer les diagrammes correspondants ;
- D'identifier le type de sollicitation : traction, compression, cisaillement, flexion pure, flexion simple et flexion composée ;
- De rechercher les valeurs maximales des sollicitations correspondant aux cas de charges les plus défavorables ;
- De différencier le domaine élastique et le domaine plastique ;
- De définir la limite élastique, la contrainte de rupture, le module d’élasticité longitudinale, l’allongement élastique ;
- De tracer le diagramme de répartition des contraintes normales dans une section droite comportant un axe de symétrie ;
- D'expliquer le phénomène de flambement ;
- De déterminer les rayons de giration d’une section droite par le calcul et/ou à partir d’une fiche technique ;
- De déterminer la longueur de flambement et l’élancement d’un élément simple ;
- De tracer un diagramme de répartition des contraintes normales dans une section droite comportant un axe de symétrie ;
- De tracer un diagramme de répartition des contraintes 86/155 tangentielles dans une section droite comportant deux axes de symétrie ;
- D'exploiter un logiciel résistance des matériaux (saisie des données, exploitation des résultats...) ;
- De vérifier ou Déterminer les dimensions de la section droite de parties simples d’ouvrage soumises à des contraintes normales et/ou tangentielles selon la réglementation en vigueur ;
- De déterminer la charge critique d’un élément simple soumis au flambement ;
- De calculer une variation de longueur ;
- De calculer une flèche en utilisant un formulaire ou en appliquant le théorème de la force unité pour des structures isostatiques et le théorème de Pasternak pour les structures hyperstatiques de degré 1 ;
- De tracer l’allure de la déformée ;
- De vérifier ou déterminer les dimensions de la section droite de parties simples d’ouvrage présentant une variation de longueur ou une flèche selon la réglementation en vigueur ;
- D'exploiter un logiciel résistance des matériaux (saisie des données, exploitation des résultats...).
D - S 8.4 – Descente de charges
La thématique descente de charges comprend les connaissances suivantes :
- Pré-dimensionnement ;
- Éléments porteurs verticaux et horizontaux ;
- Descente de charges.
Cette thématique permet aux candidats :
- D'effectuer un pré-dimensionnement des éléments porteurs courants de la structure ;
- D'établir les plans de structure ;
- D'établir le cheminement et la répartition des charges jusqu’au sol pour une zone limitée d'un bâtiment simple.
E - S 8.5 – Application de la réglementation au calcul des structures
La thématique application de la réglementation au calcul des structures comprend les notions suivantes :
- Notions réglementaires de base : approche semi-probabiliste de la sécurité d’une structure ;
- Ouvrages en béton armé ;
- Établissement d'une note de calcul d’ouvrages simples : tirants, poteaux en compression centrée, poutres et dalles en flexion simple, semelles filantes ou isolées sous chargement centré, murs de soutènement ;
- Structures béton précontraint ;
- Structures métalliques ;
- Structures bois.
La thématique application de la réglementation au calcul des structures comprend les notions suivantes :
- Notions réglementaires de base : approche semi-probabiliste de la sécurité d’une structure ;
- Ouvrages en béton armé ;
- Établissement d'une note de calcul d’ouvrages simples : tirants, poteaux en compression centrée, poutres et dalles en flexion simple, semelles filantes ou isolées sous chargement centré, murs de soutènement ;
- Structures béton précontraint ;
- Structures métalliques ;
- Structures bois.
Cette thématique permet aux candidats de :
- Définir les états limites (ultimes, de service) ;
- Citer le principe de vérification aux états-limites ;
- Définir la durée d’utilisation d’un projet ;
- Définir les hypothèses de calcul relatives aux matériaux et aux charges pour les bâtiments courants ;.
- Décrire le principe de fonctionnement du béton armé ;
- Déterminer les enrobages des armatures ;
- Calculer une longueur de scellement et une longueur de recouvrement d’armatures ;
- Dimensionner un élément d'ouvrage à l’E.L.U. ;
- Déterminer la longueur et la position d’un lit d’armatures, l’ancrage sur appui ;
- Déterminer la répartition des armatures transversales dans une poutre à partir du calcul du 1er espacement ;
- Exploiter un logiciel de calcul des structures (saisie des données, exploitation des résultats, édition de la note de calcul devant figurer au dossier bureau d’études) ;
- Établir un croquis de ferraillage ;
- Décrire le principe de fonctionnement du béton précontraint ;
- Vérifier une section rectangulaire de poutre aux états-limites de service sur la base d’un calcul en flexion composée ;
- Vérifier ou dimensionner une poutrelle (profil creux ou laminé courant) sollicitée en traction simple ou en flexion simple (critères de résistance vis-à-vis des contraintes normales et tangentes ainsi que critère de flèche) ;
- Vérifier ou dimensionner une pièce de section rectangulaire en bois massif ou en lamellé-collé sollicitée en flexion simple (critères de résistance vis-à-vis des contraintes normales et tangentes ainsi que critère de flèche).
F - S 8.6 – Mécanique des sols
La thématique mécanique des sols comprend les concepts suivants :
- Fondations superficielles ;
- Fondations profondes ;
- Soutènement.
Cette thématique permet aux candidats de :
- Dimensionner et/ou vérifier une semelle de fondation soumise à une charge axiale et verticale ;
- Déterminer la charge limite sur un pieu sollicité en compression centrée ;
- Définir les équilibres limites de Rankine (poussée et butée) pour un sol pulvérulent ;
- Déterminer le diagramme de pression d’un sol sur une paroi verticale ;
- Vérifier la stabilité d’un mur de soutènement (portance, glissement).
L'étude des structures (S8) dans le BTS Bâtiment joue un rôle essentiel dans la formation des professionnels du BTP. Grâce à l'acquisition de connaissances solides en matière de modélisation, d'équilibre, de résistance des matériaux et d'application des réglementations, les étudiants sont préparés à relever les défis rencontrés sur les chantiers.
