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Journée COTITA
Ouvrages d’art destinés aux “modes doux”
www.developpement-durable.gouv.fr
Ministère de l'Écologie, de l'Énergie,du Développement durable et de l'Aménagement du territoire
Etude dynamique de la passerelle “La Ralentie” à Rennes
B. Thauvin, CETE de l’OuestP. Charles, SETRA
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Présentation du contexte
Passerelles piétonnes de plus en plus élancées, de plus en plus souples et de plus en plus légères (effets esthétiques)
Grande sensibilité vis-à-vis des déformations
Piétons : actions dynamiques de faible intensité
Amplitude de mouvement important- en général non préjudiciable pour la structure- mais sensation d’inconfort pour les usagers
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Présentation du contexteStade de Rennes
Parkings
Passerelle La Ralentie : seul passage piéton depuis le stade
jusqu’au parking.
Plainte des usagers :Oscillations inconfortablesde la passerelle
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Présentation du contexte
Avant le match :le stade se remplit en environ 2h avec une période de fort passage 45 minutes avant matchLa densité est importante. La passerelle vibre, sans que cela soit gênant.
Après le match :le stade se vide en ~30 minutes. La densité est de l’ordre de 2 piétons /m². Le mouvement est lent.D’importantes vibrations horizontales sont ressenties. Elles sont très gênantes mais n’engendrent pas de panique.
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Présentation de l’ouvrageStructure métallique de type poutre-échelle
Tirants reliant le haut des montants sur culée au bas des montants aux tiers de travée.
Profil structurel en U souple en torsion.
Ensemble peu contreventé
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Présentation de l’ouvrage
Platelage inférieur : réseau de poutres perpendiculaires.Quelques tubes de contreventement mal disposés et n’assurant qu’un contreventement partielPlatelage en bois
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Objectifs de l’étude dynamique
Consultation lancée par la ville de Rennes
Réponse commune CETE de l’Ouest / SETRA
• Comprendre le phénomène- Par le calcul (modélisation)
- Par les mesures le soir d’un match à grand enjeu (instrumentation)
Rennes – PSG, mai 2006
Stade de Rennes : 31000 places (sans doute plein ce jour, Rennes était 3ème à l’époque)
• Proposer des solutions pour régler définitivement le problème
- Amortisseurs dynamiques
- Renforcement de la structure
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Calculs dynamiques
Détermination des modes propres et accélérations
• Détermination des modes propres et fréquences propres
• Calculs d’accélération selon « guide passerelles SETRA»
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Calculs dynamiques
Mode 1 Torsion Flexion latérale
A vide f = 2,19 Hz
Avec piétons f = 2,06 Hz
Mode 2 Flexion verticale
A vide f = 3,45 Hz
Avec piétons f = 3,10 Hz
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Calculs dynamiques
Mode 3 Torsion Flexion latérale
A vide f = 3,77 Hz
Avec piétons f = 3,47 Hz
Mode 4 Torsion Flexion latérale 2 ondes
A vide f = 4,27 Hz
Avec piétons f = 4,12 Hz
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Calculs dynamiques
Conclusion de l’étude des modes propres
• Mode n°1Fréquence correspondant presque parfaitement à une fréquence moyenne de marche des piétons.
C’est l’action verticale des piétons principalement qui excite la passerelle en torsion
Du fait du couplage torsion-flexion latérale, la passerelle réagit surtout par une accélération horizontale très gênante.
• Autres modesA priori moins gênants car à des fréquences supérieures à 3Hz
Peuvent s’avérer gênants dans certains cas particuliers
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Calculs dynamiques
Application du Guide SETRA pour le mode 1
Classe 1 : Passerelles très fréquentées
Classe 2 : Passerelles moyennement fréquentées
Accélération Calcul Seuil
Verticale 1,70 m/s² 1 m/s²
Horizontale 3,77 m/s² 0,2 m/s²
Accélération Calcul Seuil
Verticale 0,56 m/s² 1 m/s²
Horizontale 1,24 m/s² 0,2 m/s²
Qqs la classe, les accélérations verticales sont très inconfortables
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Calculs dynamiques
Application du Guide SETRA pour le mode 1Utilisation d’un « modèle de foule » plus réaliste :Foule aléatoire composée d’1 piéton/m² dont la fréquence et la phase de chaque piétons sont tirées aléatoirement.
Acc
élér
atio
n (m
/s²)
Temps (s)
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Instrumentation, mesures
Objectifs :-- Calibrer, ajuster le modèle de calcul théorique-- Mesurer les accélérations réelles et les fréquences
capteurs « géophones »
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Instrumentation, mesures
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Instrumentation, mesures
Mesures réalisées
• Avant match :Enregistrement continu des vibrations
Pendant match :Essais de caractérisation (pas de piétons sur ouvrage)
Excitation des modes propres par 2-3 piétons par métronome
Arrêt de l’excitation et mesure du coefficient d’amortissement par décrément logarithmique.
Après match :Enregistrement continu des vibrations
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Instrumentation, mesures
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
20,00
40,00
60,00
20,0
1
20,5
0
20,9
9
21,4
7
21,9
6
22,4
5
22,9
4
23,4
3
23,9
2
24,4
0
24,8
9
25,3
8
25,8
7
26,3
6
26,8
5
27,3
3
27,8
2
28,3
1
28,8
0
29,2
9
29,7
8
30,2
6
30,7
5
31,2
4
31,7
3
32,2
2
32,7
0
33,1
9
33,6
8
34,1
7
34,6
6
35,1
5
35,6
3
36,1
2
36,6
1
37,1
0
37,5
9
38,0
8
38,5
6
39,0
5
39,5
4
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0,25
0,45
0,65
0,85
1,05
1,25
1,45
1,65
1,85
2,05
2,25
2,45
2,65
2,85
3,05
3,25
3,45
3,65
3,85
4,05
4,25
4,45
4,65
4,85
5,05
5,25
5,45
5,65
5,85
Pic à 2,20 Hz
y = 40,522e-0,005x
R2 = 0,9938
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00
Mode 1 :Fréquence exacte 2,2 Hz (Calcul à vide : 2,19Hz !)Amortissement : 0,5 %
Détermination du coeff. d’amortissement
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Instrumentation, mesuresA
ccél
érat
ion
(m/s
²)
Temps (s)
Fréquence (Hz)
Enregistrement après match (passage de la foule)
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Instrumentation, mesures
Conclusions de l’instrumentation
• Résultats horizontaux Accélérations horizontales :
- sur platelage : amax = 1m/s² (soit 7mm d’amplitude),
- Membrures spérieures : amax = 2m/s² (soit 14mm amplitude)
~ 25 minutes de durée de dépassement du seuil de confort de 0,2m/s²
• Résultats verticaux Accélérations verticales de 0,6m/s² (restent dans la limite du confortable et en pratique non ressenties)
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2020
Enseignements
Mode 1 (2,1 Hz) très sollicité (par des forces verticales sollicitant l’ouvrage en torsion avec mouvements latéraux)
Autres modes non sollicités
Sollicitation des piétonsCas général Foule (grande densité et
marche lente)1,6 à 2,4 Hz 1,2 à 1,8 Hz
Cas de la passerelle « La Ralentie » :
Sollicitations aux alentours de 1,7 Hz (à comparer à fo = 2,1 Hz)
Les accélérations auraient pu être beaucoup plus élevées si la passerelle avaient été plus souple ...
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Renforcement : plusieurs optionsSituation précédente
- Invisible, mais obligation de démonter le platelage et les diagonales- fréquences de 2,05 à 2,8 Hz
Option 1 : renforcement du platelage
- fréquence de 2,05 à 3,2 Hz - visible, mais pas de démontage du platelage
Option 2 : renforcement des membrures supérieures
- fréquence de 2,05 à 3,6 Hz
Option 3 : renforcement platelage et membrures supérieures
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2222
Suites de l’étude
Marché de Moe (études, travaux) puis marché travaux :-Tranche ferme : Renforcement du platelage inf.-Tranche conditionnelle : Renforcement des membrures sup.
Affermissement tranche conditionnelle :
Contrôle comportement vis-à-vis des seuils d’inconfort
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2323
Pour éviter la fermeture d’une passerelle peu de temps après son inauguration …
Solferino, Paris Millenium, Londres
… Prise en compte du comportement dynamique lors de la conception !