Rapport PFA
Dimensionnement d’une passerelle
Réalisé par : par :
Encadré
BOUFTILA Hamza
Mr. ELGHZAL
BENSAID Khalid
Remerciement : 1
Année universitaire : 2013 / 2014
Remerciement - On souhaite adresser ici nos remerciements à toutes les personnes qui nous ont apporté leur soutien et leur aide et qui ont ainsi contribué à l’élaboration de ce projet. - Nos remerciements les plus sincères sont adressés à notre encadrant Mr ELGHZAL pour le soutien, l’aide et le temps qu’il a bien voulu nous consacrer et sans qui ce rapport n’aurait jamais vu le jour. - Nos remerciements s’adressent également à nos professeurs, ainsi qu’à tous ceux qui nous ont fait l’honneur de bien vouloir évaluer notre travail. - Nous exprimons notre gratitude à nos parents, et notre famille qui nous ont toujours soutenus et encouragé tout au long de nos études. - Enfin, nous adressons nos plus sincères remerciements à tous nos amis qui ont rendu ce travail possible par leurs conseils, remarques et encouragements.
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Résumé Dans le cadre de notre cursus scolaire en tant qu’élèves ingénieur,
un projet de fin d’année est
exigé pour évaluer les connaissances acquises au cours
des
études
compétences,
et
car
mettre
c’est
le
en
pratique
meilleur
nos
moyen
d’adaptation au travail en groupe et qui permet de consolider
les
comportements
attitudes, développés
renforcer au
cours
les de
la
formation, et se préparer à mieux fonctionner dans le milieu de travail. L’objectif de notre projet est la conception et la réalisation d’une passerelle métallique piétonne le long d’une autoroute. Pour répondre aux besoins du cahier de charges nous allons effectuer l’étude et l’analyse des différentes types et méthodes de réalisation, en se basant sur les réunions avec l’encadrant, et d’extraire les principales actions et les différents variables qui influencent le projet. À la fin de cette étape, nous allons entamer l’analyse détaillée et la conception en utilisant un logiciel de dimensionnement.
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Le présent rapport permet de présenter les différentes étapes par lesquelles on a passé afin de réaliser le travail qui nous a été confié.
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I.
INTRODUCTION : Améliorer le bien être du piéton en ville, question d’actualité !!! Ces dernières années ont vu apparaître une tendance croissante vers la construction de passerelles piétonnes légères, Les politiques urbaines développées tendent à rendre la ville plus accessible aux piétons et aux usagers de moyens de locomotion non polluants comme le vélo ou les patins à roulettes. Aujourd’hui, les grandes cités agrandissent leurs trottoirs, créent des zones piétonnières, développent des réseaux de pistes cyclables. De plus en plus, des passerelles sont construites pour permettre aux usagers de la voirie d’enjamber un obstacle sans aucune difficulté, dans un confort optimal et dans un cadre agréable. Pourquoi une passerelle ? Comme plusieurs ouvrages (tunnels, pont …) le rôle de la passerelle est de permettre aux usagers de traverser un obstacle, le choix de la passerelle dépend de certains critères :
Esthétique Le prix La possibilité de démontage Le recyclage Sécurité déplacement 5
Matériaux légers Donc le choix d’une passerelle se fait pour une raison économique, esthétique, environnementale, sécuritaire … etc.
Définition : Passerelles : Au sens premier, le mot passerelle désigne un pont habituellement de taille restreinte. En architecture, une passerelle est un passage couvert, suspendu et ne touchant pas le sol entre deux bâtiments. Plus généralement, elle désigne un pont à l'usage exclusif des piétons et/ou cyclistes.
II.
Définition des données et des Besoins : Données fonctionnelles : Robustesse (NF EN 1990 – Article 2.1) « Une structure doit être conçue et réalisée de telle sorte que, pendant sa durée de vie escomptée (…) elle résiste à toutes les actions et influences susceptibles d'intervenir et reste adaptée à l'usage pour lequel elle a été conçue. Une structure doit être conçue et exécutée de telle sorte qu'elle ne soit pas endommagée par des évènements tels qu’une explosion, un choc, les conséquences d'erreurs humaines, de façon disproportionnée par 6
rapport à la cause initiale. Différentes actions accidentelles sont données dans l'EN 1991-1-7 (actions accidentelles) et dans l'EN 1991-2 (actions sur les ponts) Note 1 : Les évènements à prendre en compte sont ceux convenus pour un projet individuel avec le client et l'autorité compétente.) » Pour une passerelle piétonne non classique : note sur prise en compte du principe de robustesse. Durée de vie : 100 ans (NF EN 1990 – A2) Eventuellement moins : passerelle en bois (50 ans) Choix fondamental : influe sur la conception pour garantir la tenue de l'ouvrage dans le temps - phénomène de fatigue des structures en acier, - choix des dispositions constructives pour les armatures dans le béton, - choix des matériaux, choix des épaisseurs de certaines pièces métalliques, - qualité des bétons à employer
Données du site : Neige : Charge importante dans le dimensionnement d'une passerelle (norme NF EN 1991-1-3/NA : valable jusqu'à une altitude de 2000 m).
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Vent : localisation, rugosité (NF EN 1991-1-4).
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Figure 1 : Vitesse du vent au Maroc selon les régions
Température : localisation, type d'ouvrage (NF EN 1991-1-5).
Figure 2 : Pluviométrie annuelle moyenne au Maroc selon les régions
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Figure 3 : Climat du Maroc sur la période 1961-2005
III.
Conception : 1. Contraintes : Contraintes physiques, fonctionnelles, d'exploitation, de sécurité, d'entretien, esthétique, forme, intégration visuelle, géométrie, accessibilité, cohabitation, qualité environnementale, aménagement des abords, itinéraire, lisibilité, confort....
2. Modes de déplacement : - Piétons (avec ou sans risques d'accumulation) - Cyclistes (piste bidirectionnelle ou pistes unidirectionnelles séparées) - Équestres
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3. Sécurité des usagers : - Garde corps : La fonction de base d’un garde corps est d’empêcher la chute d’un usager circulant sur une passerelle, c’est un élément primordial de la sécurité de l’usager. 4. Accessibilité aux Personnes à Mobilité Réduite : - Permettre l'accessibilité de ces passerelles aux personnes handicapées ou à mobilité réduite avec la plus grande autonomie possible.
5. Longueurs hauteurs et largeurs : - Largeur :
3 mètres en générale Si usages séparés : Largeur de 1.40 pour les piétons. Largeur de 2.50 pour les cyclistes.
- Longueur : Variante suivant le choix des matériaux et le type de la passerelle. - Hauteur : La hauteur doit dépasser 4 m dans les voiries ferroviaires et les autoroutes. Hauteur < 6m choc accidentel à prendre en considération. IV.
Classes de passerelle en fonction du trafic piéton : 11
Classe I : passerelle urbaine reliant des zones à forte concentration piétonnière (par exemple présence d'une gare à proximité), ou fréquemment empruntée par des foules denses (manifestations, touristes, …), soumise à un trafic très important (densité de charge d'un piéton par m²) Classe II : passerelle urbaine reliant des zones peuplées, soumis à un trafic important et pouvant parfois être chargées sur toute sa surface. Classe III : passerelle normalement utilisée, pouvant parfois être traversée par des groupes importants mais sans jamais être chargée sur toute sa surface, c'est le cas de la majorité des passerelles. Classe IV : passerelle très peu utilisée, construite pour relier des zones très faiblement peuplées ou pour assurer la continuité d'un cheminement piétonnier de faible importance dans des zones coupées par une autoroute ou une voie rapide.
V.
Types de Structures :
Pour la construction des passerelles il existe cinq principaux types de structures, chacun présente des avantages et des inconvénients donc il faut choisir la plus adapté au projet, remarquons qu’il est possible de combiner plusieurs types de structures de manière à optimiser la résistance.
- Structures suspendues :
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Figure 4 : Structures suspendue
Elles peuvent supporter des charges relativement élevées et sont assez esthétiques. Ces structures sont utilisées pour des ouvrages de longue portée, ce type de structure nécessite des fondations pour les pylônes ainsi que des ancrages pour les câbles.
- Structures à haubans :
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Figure 5 : Structures à haubans
Contrairement aux passerelles suspendues, qui tiennent grâce à deux câbles principaux ancrés sur les rives, les ponts à haubans tiennent grâce à de nombreux câbles obliques partant d'un pylône supportant le tablier qui supportera en fin de compte tout le poids de la passerelle. Ils constituent une avancée par rapport aux passerelles suspendues sur les sols meubles, mais cependant limitée par la portée moindre de la structure à haubans.
- Structure en poutre simple : 14
Figure 6 : Structures en poutre simple
Les passerelles en poutre simple sont constituées d’une ou plusieurs poutres parallèles qui assurent toute la portance de la structure. La poutre doit avoir la longueur totale de la traversée. Ce type de structure n’est pas optimal car la rigidité n’est assurée que par des poutres en flexion, ce qui implique un poids assez élevé et une faible portée.
- Structures en arc :
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Figure 7 : Structures en arc
Adaptées pour de petites et moyennes longueurs, les structures en arc sont également très esthétiques. Malheureusement, elles nécessitent souvent des appuis avec encastrement. De plus, les calculs de résistance de l’arche ne sont pas simples vu la combinaison de différentes contraintes. Il est aussi à noter que les procédés de construction seront plus complexes que pour d’autres types de structures.
-Les structures en treillis : 16
Figure 8 : Structures suspendue
Les et
structures en treillis sont adaptées pour des petites
moyennes portées. Leur développement est lié à celui des chemins de fer. Elles présentent l’avantage de ne solliciter les poutres qui la composent qu’en traction ou en compression. Or une poutre résiste mieux à ce type de sollicitation qu’à la flexion que l’on retrouve dans une structure en poutre simple.
VI.
Eléments d’une passerelle : Les principaux éléments d’une passerelle : Les fondations : c’est un système qui permet à l’ouvrage de reposer sur le sol et de lui transmettre les charges qu’il reçoit. 17
Les appuis : On distingue deux types d’appuis : - les culées qui sont les appuis extrêmes du tablier. les piles qui sont les appuis intermédiaires (ils portent le tablier). Le tablier : c’est l’élément sur lequel repose la voie de circulation. Il comporte essentiellement des dalles ou les treillis. Le tablier comporte aussi des équipements nécessaires à son utilisation : les gardes corps, les dispositifs de retenue, les trottoirs, etc. Dans le cas d’une passerelle suspendue, le tablier est soutenu par des suspentes Dans le cas d’une passerelle à haubans, le tablier est soutenu par des pylônes. Les câbles : Les câbles en acier de construction sont des câbles à torons. Un toron est un ensemble de fils d’acier torsadés. Il existe de nombreux types de câbles qui dépendent du nombre de torons, de leur géométrie, du nombre de fils dans chaque toron, du matériau de l’âme du câble (âme en textile ou âme en acier), du sens d’enroulement… Ces différents aspects nous donnent les propriétés d’un câble : anti giratoires, résistance à la fatigue et à l’incurvation, déformations, charge de rupture… mais et surtout pour notre passerelle : l’allongement du câble. Garde- corps : Le garde corps est fixé sur les deux côtés de la passerelle, le montage du garde corps est normalement effectué chez le fabriquant, les poteaux du garde corps sont soudés sur la face du caillebotis.
VII.
Les charges :
Le poids propre 18
Il s'agit du poids de la structure elle-même. Par exemple, le béton armé pèse 2500 kg/m³, l'acier 7850 kg/m³, le bois de construction (résineux) 500 kg/m³. (En France, la norme NF P 06.004 donne une liste quasiexhaustive des densités des matériaux utilisés en génie civil. Depuis le 25 mars 20092, cette norme a été remplacée par la norme NF P06-111-2/A13.) Les charges permanentes Il s'agit de l'équipement de l'ouvrage (les revêtements, les cloisons, les installations techniques) qui sera en permanence associé à la structure (pas de variation temporelle). (En France, la norme NF P 06.004 indique les densités des matériaux utilisés en construction de bâtiments.) Les charges d'exploitation Ce sont les charges venant de l'utilisation de l'ouvrage. Par exemple, le poids des piétons, celui du trafic routier sur un pont, l'utilisation des bureaux (personnes et mobilier) ou le poids des voitures dans un parking en font partie. Il est également possible de considérer certaines de ces charges (mobiles) comme des charges variant dans le temps et l'espace pour en tirer une analyse dynamique. (En France, la norme NF P 06.001 décrit pour chaque local de chaque type d'ouvrage les charges à prendre en compte.) Les charges climatiques les efforts dus au vent ou à la neige appelés. Ces charges sont déterminées en Europe à l'aide de l'Eurocode 1 et étaient en France calculées grâce aux normes NV65 N84 modifiées 2000. Les charges sismiques Les efforts entraînés par un séisme sont de nature dynamique et sollicitent les ouvrages de manière très particulière. (En France, norme PS92 qui sera progressivement remplacé par l'Eurocode 8.)
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VIII.
Les calculs : Les calculs comprennent : La détermination automatique des actions (charges permanentes, surcharges, …). La résistance en flexion des sections La résistance à l’effort tranchant Les flèches et les rotations La fréquence propre du mode fondamental de vibration
Une prise en compte basée sur la notion de risque (trafic élevé ?, personnes à risques ?, fréquences propre +/- proches de la fréquence des piétons ?).
IX.
Mise en place : Les fonctions de l’entreprise : L’entreprise devra, en amont des travaux de la passerelle : - Déposer le caisson métallique au droit de la porte issue de secours et dévoyer le réseau afin de permettre le passage de la passerelle - Réaliser une découpe dans le muret de soutènement côté cour afin d’enterrer la structure de la passerelle et de permettre la mise en place du seuil au niveau du terrain actuel L’entreprise aura à sa charge la réalisation d’une passerelle constituée d’une charpente métallique et de caillebotis. Largeur mini de passage de la passerelle : 1,40m. 20
Les travaux comprendront la fourniture et le montage de l'ensemble de la charpente y compris tous les accessoires de fabrication, pièces spéciales et boulons d'ancrage, rondelles et écrous en acier galvanisé du commerce ; boulons, rondelles et écrous d’assemblages des ossatures métalliques ; cales et pièces métalliques diverses nécessaires au montage, à la pose et à la fixation.
X.
Le confort : Niveau de confort (influencé par la population utilisant la passerelle et par l'importance de celle-ci) Plus exigeant pour utilisateurs sensibles (écoliers, personnes âgées ou handicapées) Plus tolérant pour passerelles de faible longueur
Seuils de confort : Vert : confort << bon >> : si la passerelle est stratégique et que l’on veut proscrire tout phénomène d’inconfort. Confort maximum : Les accélérations subies par la structure sont pratiquement imperceptibles par les usagers. Rose : confort << moyen >> : Cas courants les accélérations subies par la structure sont simplement perceptibles par les usagers. Jaune : confort << médiocre >> : Dans les configurations de chargement peu fréquentes, les accélérations subies par la structure sont ressenties par les usagers, sans pour autant devenir intolérables. Si l’on veut laisser libre cours à l’architecte et que de toute façon, il n’y aura jamais beaucoup de monde. Rouge : très inconfortable, à proscrire.
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Les accélérations calculées sont comparées aux seuils de confort définis indirectement par le maître d’ouvrage.
XI.
Notre passerelle : Objectif : concevoir une passerelle piétonnes de structure en treillis, et suspendue par les câbles.
Procédures : - Définir la classe de la passerelle - Choix des matériaux. - Choix des propriétés des matériaux (sections, longueurs…). - Définir les appuis. - Collecte des données fonctionnelles et celles du site. - Définir le type de treillis. - Faire un croquis. - Dessiner la structure sur le logiciel << Robot structural analysis >>. - Définir les charges. - Calculer et analyser le déplacement les contraintes et la déformée maximaux. - Vérifier que les contraintes maximales est inférieurs à celles admissibles des matériaux.
Un ingénieur doit être créatif, mais à notre stade en tant qu’élève-ingénieur il est difficile de créer une nouvelle conception, c’est pour cela on va s’inspirer d’un projet déjà existant il s’agit notamment du pont de l’aire du centre de la France.
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Intervenants Conception Jean Muller International
Construction
SRTP
Sites Internet pertinents
Cable-Stayed Bridges of Europe: France (A-H)
JMI: Pont de l'Aire du centre de la France - A71
Sétra: PILES: Pont de l’Aire du centre de la France (1992)
Publications pertinentes
MONTENS, SERGE Les plus beaux ponts de France,Bonneton, Paris (France), ISBN 2862532754, 2001; pp. 178
Informations internes Structure-ID:
s0003125
Créée le
17.02.2002
Modifié le:
07.10.2013
Informations générales Type de construction:
Pont à haubans
Fonction / utilisation:
Passerelle pour piétons
Achevé en:
1992
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Etat:
en service
Informations géographiques et ouvrages pertinent Lieu:
Farges-Allichamps, Cher (18), Centre, France, Europe
Franchit le/la
Autoroute A71
Fait partie de:
Autoroute A 71 (France) (km 154.000)
Informations techniques Dimensions portée principale
37.50 m
longueur totale
60 m
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Pour notre cas on va choisir le même design avec des modifications : - concernant la largeur de notre passerelle qui sera de 2.2 m. - La longueur est de 24 mètres. - La hauteur séparant notre structure de la chaussée est de 4m .
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La classe de notre structure :
Classe IV : passerelle très peu utilisée, construite pour relier des zones très faiblement peuplées ou pour assurer la continuité d'un cheminement piétonnier de faible importance dans des zones coupées par une autoroute ou une voie rapide. Contraintes : Matériaux de constructions : acier d’usage général Procédés de fabrication : Soudage Assemblage : Assemblage boulonné Liaison avec les semelles en béton : liaison complète démontable.
Charges à prendre en considération :
Le poids propre de la structure L’action du vent Les effets de la température Le poids des personnes traversant la passerelle
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(L’estimation de certaines charges devra être prise dans les conditions les plus défavorables.)
Matériau utilisé pour les barres : Acier E24 Pylône : Ronde de diamètre d= 25 cm et d’épaisseur t=4 cm Treillis : IPE 240 . Matériau utilisé pour les câbles : Inox : E= 210000 MPa de section 3,14 cm2. Les appuis : - Encastrement dans les extrémités des barres du treillis. - Rotule au niveau du pylône. Types de treillis utilisés : Poutre type Warren avec montants :
Dessin sur Robot structural analysis : 27
1) Vue 3D :
2) Vue suivant le plan x/z
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3) Vue suivant l’axe x/y
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4) Vue dans le plan y/z :
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Déformée exacte pour les barres :
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XII.
CONCLUSION :
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Dans le cadre de notre projet, nous devions réaliser une passerelle métallique destinée à l'usage exclusif des piétons et/ou cyclistes. Dans un premier temps, nous avons dû nous documenter sur le choix et les éléments qui constituent notre passerelle, ainsi des contraintes physiques , fonctionnelles, d'exploitation, de sécurité, d'entretien, esthétique, forme, intégration visuelle, géométrie, accessibilité, cohabitation, qualité environnementale, aménagement des abords, itinéraire, confort.... ainsi que sur le logiciel Robot structural analysis en lui-même. Ensuite, nous avons effectué un travail sur la base de données existante, étudié quels pourraient être les changements permettant de l’optimiser, etc. De plus, autre étape importante du projet est d’importer et modifier la base sur le logiciel afin de pouvoir créer les fonctionnalités Durant cette période de réalisation on a eu la chance de s’exercer et d’appliquer les méthodes théoriques vues en cours, on suivant trois étapes ; le choix, l’analyse et la conception. Premièrement on a choisit une structure qu’on va essayer d’analyser, puis dans l’étape de l’analyse la problématique était d’analyser tout en respectant les contraintes, voir les matériaux , les longueur … La dernière étape était de vérifier la résistance et le respect des contraintes avant de présenter le projet. La réalisation de ce projet nous a appris de travailler en groupe, et d’enrichir nos connaissances concernant la méthodologie, le cahier de charges et le savoir faire. Malgré les problèmes rencontrés lors de la réalisation de ce projet, on a réussi à trouver les solutions pour avoir finalement un projet complet. Nous espérons que notre modeste travail était à la hauteur des attentes du jury et de notre encadrant.
WEBOGRAPHIE 33
http://memoar.setra.developpementdurable.gouv.fr/_ftp/Garde_corps.pdf http://www.cete-ouest.developpementdurable.gouv.fr/IMG/pdf/BPConception_generale_passerelles.pdf http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_en_treillis http://structurae.info/structures/data/index.cfm? id=s0003125
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Liste des figures
Figure 1 : Vitesse du vent au Maroc selon les régions ……………………………………………………... 8 Figure 2 : Pluviométrie annuelle moyenne au Maroc selon les régions ……………………………. 8 Figure 3 : Climat du Maroc sur la période 1961-2005 ……………………………………………………….9 Figure 4 : Structures suspendue ……………………………………………………………………………………….12 Figure 5 : Structures à haubans ………………………………………………………………………………………..13 Figure 6 : Structures en poutre simple ……………………………………………………………………………..14 Figure 7 : Structures en arc ………………………………………………………………………………………………15 Figure 8 : Structures suspendue ……………………………………………………………………………………….16
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