Tour de thérapie

La tour de thérapie de Pellenberg, sur le campus de l’hôpital UZ Leuven, est un bâtiment de rééducation de 7 étages doté d’un noyau rigide excentré, libérant les salles de thérapie de chaque étage de toute gaine intérieure. L’équipe d’ingénierie a construit un modèle 3D global pour vérifier la rigidité générale et la déflexion sous vent, puis des modèles détaillés d’un plancher intermédiaire rigide construit à partir de poutres Vierendeel en béton, et a résolu un défi de fondation inattendu lorsque des essais de sol ont révélé un ancien lit de rivière sous le site.

La tour de thérapie de Pellenberg

« La tour de thérapie du campus Pellenberg de l’hôpital UZ Leuven (conçue par WIT Architects, avec Gonçalo Byrne Arquitectos comme conseiller) en est un excellent exemple. Ce qui est formidable dans cette collaboration intense avec les architectes, c’est que nous avons pu voir le projet grandir étape par étape. Ensemble, nous avons fait des choix et pris des décisions pour combiner les concepts architecturaux, structurels et techniques en une conception concrète. Cela a permis d’éviter de nombreuses discussions pendant la phase d’exécution et a produit, au final, un bien meilleur résultat. »

N’est-ce pas logique, la façon dont ce bâtiment tient debout ?

« Nous avons également énormément utilisé Diamonds lors de la conception structurelle de la tour de thérapie du campus Pellenberg de l’hôpital UZ Leuven », poursuit Hanne Van Beurden. « La tour de thérapie est un centre de rééducation innovant où les patients viennent suivre leur traitement. Les salles de thérapie sont conçues comme des espaces ouverts, non interrompus par des gaines abritant ascenseurs, escaliers ou infrastructures techniques. Pour rendre cela possible, ces gaines techniques ont été regroupées dans un noyau étroit et rigide sur un côté du bâtiment.

Des niveaux inférieurs compacts, adjacents à l’hôpital

Les salles de thérapie des niveaux inférieurs se raccordent directement à l’hôpital adjacent, ce qui les rend facilement accessibles aux patients hospitalisés. La hauteur d’étage à ces niveaux est déterminée par celle du niveau correspondant de l’hôpital, tandis que des murs et poutres en béton subdivisent l’espace en quatre unités de 15 par 7,5 mètres. Les portées à ces niveaux restent donc relativement limitées.

Des niveaux supérieurs ouverts pour la thérapie de groupe et le sport de rééducation

Pour les niveaux qui dépassent la hauteur du bâtiment hospitalier existant, la hauteur d’étage a pu être choisie librement. Le quatrième niveau de la tour de thérapie sert de salle de kinésithérapie et de fitness et a une hauteur double de la normale. Tout en haut de la tour, le septième niveau abrite un vaste espace polyvalent, haut de plafond, pouvant servir à la thérapie de groupe et à la rééducation sportive, notamment le volley-ball, l’entraînement aux chutes ou le basket en fauteuil roulant. Les espaces de ces deux niveaux sont entièrement ouverts et offrent chacun une surface totale de 15 par 30 mètres.

Un plancher intermédiaire rigide construit à partir de poutres Vierendeel en béton

Pour réaliser ces deux niveaux comme des espaces ouverts, nous avons utilisé de grandes poutres Vierendeel en béton pour concevoir le niveau intermédiaire comme un élément rigide. Le sixième niveau constitue ainsi à la fois le plancher de la salle polyvalente au sommet de la tour et le plafond de la salle de kinésithérapie et de fitness en dessous. Ce niveau intermédiaire comprend plusieurs vestiaires ainsi qu’une piscine où les patients reçoivent des soins d’hydrothérapie, avec une vue magnifique sur la zone boisée de Pellenberg.

Approche de modélisation : de la rigidité globale à la conception détaillée des planchers

Pour mener à bien l’analyse structurelle de ce bâtiment complexe, nous avons construit divers modèles Diamonds. Pour commencer, nous avons développé un modèle 3D de l’ensemble de la structure afin de calculer sa rigidité globale, les déformations latérales sous l’effet des charges de vent, ainsi que les charges transmises aux pieux de fondation. Nous avons également développé une série de modèles pour les dalles de plancher et pour les poutres Vierendeel en béton du sixième niveau.

En tant qu’ingénieurs structure au service de l’architecture, nous collaborons avec les architectes pour développer des solutions qui semblent justes et logiques. Pour cela, il est très utile d’utiliser des modèles de calcul qui se concentrent sur l’essentiel de la conception structurelle et le traduisent rapidement en solutions pratiques. C’est précisément pour cela que nous utilisons le logiciel Diamonds.

Concevoir le sixième étage comme une poutre en I en béton

Pour concevoir le sixième niveau, nous avons construit des modèles de calcul Diamonds des poutres Vierendeel, associés à des bandes des dalles de plancher inférieure et supérieure adjacentes. Plus précisément : nous avons construit des modèles 3D de poutres en I en béton avec ouvertures dans l’âme et des membrures dont la largeur correspond à la largeur efficace des dalles adjacentes. Sur la base de ces modèles, les quantités d’armatures ont été calculées à la fois pour les âmes et pour les membrures, et les déformations fissurées ont été évaluées pour estimer la rigidité en flexion du sixième niveau. Les quantités d’armatures dans les membrures ont ensuite été complétées par les quantités issues des analyses structurelles des dalles de plancher inférieure et supérieure. Cette approche pratique nous a permis d’aboutir rapidement à une conception solide pour le sixième niveau, l’un des éléments critiques de la conception de la tour de thérapie.

Un défi de fondation inattendu

L’hôpital de Pellenberg est construit sur un inlier géologique. En raison de la présence de couches de grès résistantes, nous avons d’abord supposé qu’il serait possible de construire la tour de thérapie sur des fondations superficielles. Cependant, après que des essais de pénétration au cône ont révélé des résultats atypiques à une profondeur de 10 mètres, cette option n’était plus envisageable. Les géologues ayant confirmé la présence d’un ancien lit de rivière entre deux couches de sol très résistantes, une fondation sur pieux s’est avérée nécessaire. Nous avons défini ces pieux de fondation comme des appuis élastiques dans le modèle Diamonds de la tour de thérapie. Des analyses itératives ont ensuite permis de déterminer le nombre de pieux et leur positionnement, pour obtenir une répartition uniforme des efforts de réaction.

Introduire les charges de vent dans le noyau excentré

Nous avons également utilisé le modèle d’analyse 3D global pour concevoir le noyau rigide excentré. Dans la conception initiale des architectes, les niveaux de plancher à l’intérieur du noyau ne correspondaient pas aux niveaux de la tour de thérapie elle-même. Cependant, les analyses structurelles Diamonds ont rapidement confirmé qu’il n’était pas possible d’introduire correctement les charges de vent dans le noyau excentré avec une telle conception. Pour obtenir une rigidité torsionnelle suffisante et transférer les charges de vent dans le noyau excentré, il a fallu prolonger les dalles de plancher de la tour jusque dans ce noyau. Cela s’est avéré impossible au niveau de la toiture, car les groupes de traitement d’air installés au-dessus du noyau excentré devaient rester invisibles de l’extérieur. Le modèle d’analyse structurelle Diamonds nous a aidés à déterminer comment intégrer les dalles de toiture au-dessus des cages d’escalier du noyau dans l’ensemble de la conception, et à introduire également les charges horizontales dans le noyau à ce niveau.

Une conception qui semble juste

La tour de thérapie de Pellenberg est un excellent exemple d’un bâtiment qui semble juste. Toutes les solutions ont été élaborées grâce à une interaction étroite avec les architectes, en gardant une forte attention portée à l’essentiel de la conception structurelle et en construisant les modèles en conséquence. Comme notre logiciel de calcul Diamonds est très intuitif à utiliser, il est facile d’obtenir rapidement des résultats et de les exploiter activement lors de nos discussions avec les architectes. Cela nous aide à réaliser des conceptions structurelles qui donnent voix au langage visuel des architectes.