Mini projet : Conception des ponts
Réalisé par : Adous Hafsa
Encadré par : Dr Mohamed BENNIS BENNIS
Daoudi Ghita Amenzou Othmane Othmane
Groupe 20
Mini projet :
Conception des ponts
Table de matières
1- Etude des variantes 1.1- Présentation générale du projet 1.2 -Choix du type de l’ouvrage 1.3- Critères de choix du type d’ouvrage 1.4 - Choix des variantes 1.5- Proposition des variantes de franchissement
2-Conception générale : 2.1-Tablier a- hourdis b- Les poutres principales c- Les entretoises 2.2- Les culées 2.3- Les piles 2.4-Fondations 2.5-Equipements
3-Calcul des charges : 3.1-Les charges routières réglementaires 3.2-Méthode de Guyon- Massonnet
2017
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Choix des variantes
Etude des variantes 1-Introduction : 1.1-Présentation 1.1-Présentation générale du projet ♦Données
fonctionnelles :
Autoroute 2 × 2 voies à tabliers tabliers séparés 1,5m (Bande dérasée Droite) +2 × 3.5m (chaussée de trois voies) +0,5m (Bande dérasée dérasée Gauche). Longueur du tablier : 287m. Le tirant d’air : H = 13m. ♦Données
géotechniques :
Bon sol. Niveau du substratum = −2 m.
2-Etude des variantes : 2.1-Choix du type de l’ouvrage : Le choix du type de l’ouvrage est une démarche itérative qui co ntexte consiste à la recherche de la varian te qui s’inscrit le mieux dans le contexte fonctionnel et naturel du franchissement de l’obstacle.
2.2-Critères de choix du type d’ouvrage : Généralement, au Maroc le choix d’une solution est conditionné par les contraintes techniques, économiques et esthétiques.
Les contraintes techniques se présentent dans les contraintes du site et de l’environnement où l’ouvrage va être implanté (les positions possibles des appuis, la nature du sol de fondation, le gabarit à respecter.), les contraintes de la voie dont il est support (Les profils de la chaussée : en long, en travers, en plan), et enfin des dispositions dispositions constructives.
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Généralement on s’oriente vers la solution qui offre les meilleures conditions d’exécution, à savoir, la disponibilité du matériel et de la main d’œuvre destiné à réaliser les travaux en respectant le délai de construction.
Les contraintes économiques résident dans le fait de choisir une variante qui présente présente un coût coût raisonnable. raisonnable. Quant au côté esthétique, la variante choisie doit s’intégrer d ans le paysage du site.
2.3-Choix des variantes : Pour un choix primaire des variantes à adopter, on peut éliminer les portiques et les ponts cadres, parce qu’ils ne sont pas à l’échelle de notre pont relativement de grande portée. On a opté également pour choix du béton précontraint comme matériau de construction vu que les ponts en acier présentent des coûts relativement élevés en comparaison avec des ponts en béton précontraint ou armé. En plus, les frais d'entretien et de maintenance maintenance représentent dans la plupart des cas une entrave pour le choix de ce type de matériau. En ce qui concerne le béton armé, celui-ci est éliminé vu la longueur et la largeur importantes du tablier. Donc, la solution de franchissement sera en béton précontraint. 2.4-Proposition 2.4-Proposition des variantes de franchissement : Variante 1 : 1 : Le pont en poutre-caisson Avantages
La rigidité à la torsion est assurée par un tablier constitué d'un ou plusieurs caissons creux, notamment lorsque le tracé en plan de l’ouvrage est courbe, ou lorsqu’il est nécessaire d’avoir des appuis intermédiaires ponctuels afin de limiter l’emprise des piles (site u rbain, voies ferrées, etc.). La mise en place de grandes travées. Les caissons offrent une bonne résistance à la corrosion (les surfaces extérieures sont lisses et les surfaces intérieures protégées) et une esthétique agréable due à des volumes nets. L’élancement d’une d’un e poutre -caisson mixte
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1 /36 pour un dépend de la largeur de la plate-forme : il est de l’ordre de 1/36 tablier de hauteur constante et de 12 m de largeur.
Inconvénients
Ils sont plus coûteux car nécessitant n écessitant une plus grande quantité d’acier et des opérations d’usinage plus lourdes. Ils ne sont compétitifs que s’ils peuvent être entièrement préfabriqués en atelier puis transportés sur le site d’un seul tenant, ce qui implique une largeur nette inférieure à 5 m.
La maintenance est plus délicate, parce qu'elle nécessite de faire intervenir les équipes d'entretien dans l'espace souvent réduit qu'offre l'intérieur du caisson.
Variante 2 : 2 : Le pont à poutres préfabriquées précontraintes par post-tension (VIPP)
Avantages
Le principal avantage de ce type de structure est lié à son mode de construction qui permet d'éviter le recours aux cintres s'appuyant sur le sol. On s'affranchit ainsi de nombreuses contraintes contraintes liées à la brèche pour la réalisation du tablier (site accidenté...). Le recours à la préfabrication apporte un intérêt évident, tant sur le plan technique que sur le plan économique. En particulier, il permet d'envisager des formes de poutres assez élaborées, plus difficiles à coffrer, mais permettant de faire travailler au mieux la matière. On peut également attendre de la préfabrication préfabrication une amélioration de la qualité des parements et des tolérances dimensionnelles. dimensionnelles. Le recours à la préfabrication a également une incidence sur les délais d'exécution de l'ouvrage, puisqu'il est possible de rendre indépendante la fabrication des poutres du reste du chantier. Un autre intérêt de ce type de structure provient de son fonctionnement isostatique qui la rend pratiquement insensible aux déformations imposées, en particulier aux tassements différentiels des appuis et aux effets d'un gradient thermique. Ce type de tablier, constitué de poutres rectilignes, est naturellement bien adapté aux franchissements franchissements rectilignes.
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Inconvénients
Ce type de tablier ne s'adapte que plus difficilement aux franchissements franchissements biais ou courbes. Afin de profiter au au mieux de la préfabrication, préfabrication, il est est souhaitable souhaitable de pouvoir implanter les appuis à intervalles réguliers pour réaliser des travées de longueurs égales. Toutefois, il est à noter que de nombreux grands viaducs de type VIPP ont, en revanche, un aspect plutôt satisfaisant, du fait de cette épaisseur importante donnant des proportions harmonieuses entre le tablier et les appuis. Les tabliers VIPP, comme les autres structures à poutres sont plus sensibles que des structures massives aux chocs transversaux de véhicules hors gabarits.
Variante 3 : 3 : le tablier PSI.DP (Passage Supérieur ou Inférieur en Dalle Précontrainte) Avantages
Grâce à la précontrainte, précontrainte, les tabliers tabliers PSI.DP ont un meilleur élancement élancement et une consommation en aciers passifs plus faible que les tabliers PSI.DA, qu'il s'agisse des ferraillages longitudinal, transversal ou des cadres et étriers. Ces ouvrages restent cependant robustes, grâce à leur monolithisme. La simplicité de leur forme et leur grande réserve de sécurité constituent par ailleurs des atouts importants, ainsi que leur souplesse dans l’adaptation à toute difficulté d’implantation grâce à leur const ruction par coulage en place (dans le cas de tracé biais ou courbe en plan ou en élévation). Inconvénients
La longueur des ponts-dalles ponts-dalles précontraints ne dépassant pas 150m. La réparation par remplacement de la dalle des ponts dont le tablier est précontraint par post tension est très difficile et complexe. La précontrainte ayant été appliquée après le bétonnage de la dalle, celle-ci fait donc partie
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intégrale du système structural. L'enlèvement de la dalle modifie les efforts dans le tablier et peut affecter sa stabilité. De plus, des précautions précautions doivent être prises afin de ne pas endommager les câbles de précontrainte précontrainte qui, à certains endroits, passent dans la dalle. Ainsi, la reconstruction reconstruction de la dalle implique souvent le remplacement complet du tablier. De même, les caractéristiques caractéristiques structurales des tabliers à dalles épaisses peuvent présenter le même genre de problématique. Variante 4 : 4 : Ponts à poutres précontraintes par adhérence PRAD Domaine d’emploi : Des portées entre 15 et 25m
Avantages
La maîtrise de la qualité des poutres, car celles-ci sont fabriquées en usine Absence d’échafaudage chafaudage pour la construction du tablier d’où un gain de temps appréciable, notamment p our les sites difficiles d’accè s.
Structure hyperstatique hyperstatique réduisant les moments en travées, ce qui a pour conséquence de limiter la hauteur des poutres Inconvénient
Aspect esthétique esthétique : l’élancement habituel des ouvrages utilisant utilisant des poutres précontraintes précontraintes par pré-tension, principale principalement ment dans le cas des travées isostatiques, isostatiques, conduit à des épaisseurs de tablier sensiblement sensiblement plus fortes que celles des ponts-dalles continus. continus.
Les moments hyperstatiques développés par le câblage dans les zones d’appuis peuvent entrainer l’instabilité des piles surtout si la hauteur de c es derniers est importante. En général les structures hyperstatiques hyperstatiques soulagent le pont, mais ils chargent le sol. Variante 5 : 5 : Pont mixte à bipoutre Domaine d’emploi : Des portées entre 30 et 90m
Avantages
Légèreté de l’ouvrage
La rapidité d’exécution
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Précision dimensionnelle des structures
Facilité d’extension
Peu d’échafaudage
Inconvénients
Nécessite un entretien régulier et coûteux
Main d’œuvre qualifiée (soudeurs)
Prix élevé de l’acier
Risque de flambement. flambement.
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Conception générale :
1-Eléments de pré dimensionnement : 1- Tablier : L'implantation L'implantation des appuis et le choix du type d'ouvrage étant réalisé, il convient de déterminer le nombre, l'espacement l'espacement et les dimensions des poutres.
1.1-Hourdis : Pour le hourdis, le choix porte sur le type de fonctionnement transversal (béton armé ou béton précontraint), et sur le mode de construction selon qu'il est coulé par-dessus les tables (hourdis général) ou entre les tables de compression des poutres (hourdis intermédiaire). Précisons dès maintenant que le hourdis intermédiaire correspond correspond à une solution qui n'est plus que très peu utilisée. Alors on choisit un hourdis général, plus précisément un coffrage perdu : pré-dalles en BA
L'épaisseur de l’ hourdis est voisine du 1/16 de la portée transversale. Un dimensionnement dimensionnement rapide permet de retenir les épaisseurs suivantes, en fonction de l'écartement l'écartement des poutres poutres :
0,16 m pour e< 2,75 m 0,18m pour 2,75m3,50m
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Toutefois, l'épaisseur minimale de 0,16 m n'est que rarement retenue, donc on prendra une valeur moyenne de 0,18m.
1.2- Poutres principales : Les poutres comportent une table de compression constituant constituant la fibre supérieure et un large talon, constituant la fibre inférieure. Ces deux éléments sont reliés par une âme de faible épaisseur. ♦Hauteur
des poutres :
L'élancement usuel se situe aux environs du 1/17 de la portée, ce qui fixe la hauteur totale du tablier (poutre+hourdis)
La hauteur des poutres se déduira du choix adopté pour le type de hourdis et de l'épaisseur même du hourdis
-
♦Epaisseur
des âmes :
, où l'effort tranchant tranchant est faible, les âmes sont dimensionnées au minimum minimum constructif dans le but d'alléger le plus possible les poutres. Ce minimum dépend du mode de vibration utilisé (externe ou interne) et indirectement du type de coffrage utilisé pour la réalisation des poutres. Lorsque le nombre de poutres à réaliser est peu important (moins d'une dizaine de poutres pour fixer les idées), on emploie habituellement habituellement un coffrage en bois. Dans le cas contraire, il est plus courant d'utiliser un coffrage métallique. Dans notre cas, nous avons 3 poutres par travée soit 21 poutres pour tout le pont il est donc préférable d’utiliser un coffrage métallique.
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Dans le cas d'un coffrage métallique la vibration est externe et est effectuée par le fond de moule et les joues de coffrage. L'épaisseur des âmes peut donc être réduite au strict minimum et descend couramment à 20 cm ou 22 cm en zone courante.
, les âmes sont dimensionnées pour résister à l'effort tranchant, ce qui conduit généralement à réaliser un épaississement d'âme, appelé blochet, sur une longueur qui peut atteindre le quart de la portée. Au droit de l'appui, l'épaisseur de l'âme atteint couramment couramment 30 cm.
La largeur largeur ♦La
de la table de compression :
Pour alléger les poutres, dans le but d'en faciliter la manutention, manutention, on serait tenté de réduire le plus possible la largeur des tables de compression. Toutefois, pour prévenir tout risque de déversement pendant les opérations de manutention, manutention, on ne descendra pas en dessous d'une largeur voisine de 60% de la hauteur de la poutre.
♦ Nombre
et espacement des poutres poutres :
Le nombre de poutres dépend essentiellement de la largeur du tablier et de la position des poutres de rive. Dans la mesure du possible, on cherchera à positionner ces poutres de rive le plus près des bords libres du tablier, de manière à supprimer la partie de hourdis à couler en encorbellement de ces poutres de rive, difficile à coffrer. Pour un choix de 3 poutres principales, principales, on aura un espacement de e=largeur du tabler -3*
2,25m ce qui est convenable pour pour un VIPP.
Nombre de poutres=3 Espacement =2,25m ♦le
talon :
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Les talons des poutres, constituant la fibre inférieure de la structure, sont dimensionnés par la flexion et doivent permettre de loger les câbles de précontrainte dans de bonnes conditions d'enrobage et d'espacement. En première approximation, pour un béton de 35 MPa de résistance, on pourra déterminer la largeur totale des talons par la formule empirique suivante :
l : largeur du tablier, L : portée de la travée, 1100
La partie verticale du talon ou pied de talon est généralement comprise entre 0,10 m et 0,20 m pour des largeurs de talons variant de 0,60 m à 0,90 m. Alors, pour une une largeur de 0,82m 0,82m on prend prend :
La tangente de l'angle α (l’angle d’inclinaison de la partie supérieur du talon ) est normalement comprise entre 1 et 1,5, et il est préférable de se rapprocher de la valeur supérieure.
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Section médiane
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Section sur appui
1.3-Les entretoises : ♦nombre d’entretoises :
Actuellement, pratiquement pratiquement tous les ouvrages ouvrages sont réalisés sans entretoises intermédiaires, ce qui constitue une solution parfaitement adaptée. Alors chaque travée comporte 2 entretoises d’about. ♦Epaisseur
des entretoises :
Les entretoises étant coulées en place, leur épaisseur résulte de conditions de bonne mise en œuvre du béton, Dans la pratique , cela amène à une épaisseur de l'ordre de 25 à 30 cm, ce qui suffit dans la plupart des cas du point de vue de la résistance.
♦Hauteur
des entretoises :
Les entretoises ont une hauteur voisine de celle des poutres, ce qui leur confère une bonne rigidité, il est préférable de diminuer légèrement leur hauteur, cette réduction de hauteur facilite l'accès aux appareils d'appuis en ménageant un espace suffisant entre le chevêtre d'appui et les entretoises. A cet égard, une distance minimale de 0,50 m semble convenable, mais il semble plus confortable de la porter à 0,80 m.
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2-les culées : Il s'agit de piles-culées partiellement ou complètement complètement enterrées ou de culées à mur de front apparent encore appelées culées remblayées. Les culées sont complétées par des murs de tête, en aile ou en retour, qui sont relativement importants importants dans le cas des culées remblayées. L'emploi de murs en retour suspendus présente l'avantage de s'opposer aux poussées des terres. Dans notre cas, et compte tenu des conditions du sol (bon sol) et du niveau du substratum, on peut choisir les culées enterrées car moins chères et plus utilisées.
3-les piles : 3.1-type des piles : La largeur du tablier est modérée (nombre de poutres inférieur ou égal à quatre), les piles peuvent comporter un fût unique et sont du type pile-marteau. Les piles-marteaux sont constituées d'un seul fût de section cylindrique, surmonté d'un chevêtre en porte-à-faux. Cette solution est l'une des plus fréquentes.
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3.2-tête de pile : Compte tenu des dimensions courantes des abouts de poutres, les deux lignes d'appui sont distantes d'un mètre environ. La longueur des têtes de piles - dimension parallèle à l'axe longitudinal du tablier - est donc voisine de deux mètres. Transversalement, Transversalement, la largeur totale de la tête de pile est très voisine de la largeur du tablier pour permettre, comme dans le cas des culées, l'implantation l'implantation correcte des appareils d'appui.
4-Fondations : Pour des ouvrages qui dépassent une cinquantaine de mètres de portée, les fondations doivent être absolument fiables, compte tenu des descentes de charges relativement importantes importantes (réactions de 100 à 150 t par poutre pour des ouvrages dont les poutres sont espacées de 3,00 mètres environ). C'est pourquoi les campagnes de reconnaissance géotechnique doivent impérativement impérativement comporter au moins un essai pressiométrique par appui. Ces reconnaissances permettent de déterminer les différentes possibilités de fondations (Niveaux de fondation et capacité portante) et les contraintes de réalisation des fondations.
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Vu que notre notre sol est « bon » à une profondeur profondeur de 2m, on peut envisager envisager des fondations superficielles.
5-Equipements : 5.1-dispositifs de retenu : Les dispositifs de retenue modifient la face vue du tablier et ont donc une forte incidence sur l'aspect de l'ouvrage. Leur choix doit satisfaire à la fois à des critères de sécurité et d'esthétique.
5.2-Etanchéité : Les systèmes usuels sont à base d'asphalte coulé, de films minces adhérant au support, de feuilles, préfabriquées ou non, ou encore d'asphalte gravillonne. Le système : asphalte asphalte coulé présente une meilleure meilleure sécurité vis-à-vis vis-à-vis des risques de pénétration d'eau. En plus, son entretien est assez facile par rapport aux autres systèmes d’étanchéité (brais -résine et feuilles). Ainsi notre choix choix définitif définitif est : asphalte asphalte coulé.
5.3-corniche : Rappelons qu'un des rôles tout aussi essentiel des corniches est la protection des extrémités latérales du tablier contre les intempéries. intempéries. La réalisation de corniches coulées en place demeure rare (coffrage difficile). Les corniches métalliques sont généralement fixées par l'intermédiaire de visseries et de boulonneries sur l'extrémité du hourdis. La bonne tenue de ces éléments de fixation nécessite une protection (acier inoxydable ou galvanisation). Des précautions sont à prendre pour éviter les problèmes de corrosion bimétallique entre métaux de potentiel différent.
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Pour dépasser les inconvénients liés à ces deux types de corniches, on a choisi les corniches préfabriquées. La fixation de ce type des corniches sur le tablier s'effectue classiquement classiquement par une liaison de type béton armé à base de béton.
5.4- Appareils Appareils d’appui : d’appui : Les appareils d’appui sont des éléments porteurs transmettant les efforts des tabliers aux appuis et libérant les déformations au droit des appuis. On a opté au choix d’appareils d’appui en élastomère fretté. Ceux ci seront régulièrement changés.
5.5- Joints de chaussée : Les joints de chaussée sont des joints de dilatation des tabliers des ponts assurant la continuité de la chaussée de circulation. Puisque notre tablier est long, on disposera alors en plus des joints aux extrémités des tabliers, deux autres intermédiaires.
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Conception des ponts Calcul des charges :
1-Les charges routières réglementaires : ♦Longueur
roulable : LR
LR= 9m
♦Classe
du pont : 1ére classe car LR>7m
♦Longueur
chargeable :
Lch
♦Nombre
de voies : Nv= 2
♦Largeur
d’une v oie oie :
=3,5m
♦Système
A(l) :
A(l)= a2 Avec :
a1= f(Nv , classe classe du pont) = f(2,1) a2 =
=
l : longueur chargée
A(l) =
2
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système Bc :
Ce système est appliqué à tout type de pont et se compose d’un ou deux camion maximum. La distance entre les deux camions doit donner l’effet le plus défavorable.
2 files de deux camions 1ère classe et 2 files chargées
Bc = 4*30*1,1 = 132t ♦Sous
système Bt : C’est un tandem de deux essieux munis de roues simples.
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Bt bt = 1
; car classe 1 Bt = 64t
♦Sous
système Br : C’est une roue isolée disposée normalement à l’axe longitudinal de la chaussée. Les caractéristiques caractéristiques de cette roue sont présentées dans la figure ci-dessous :
♦Coefficient
Où :
de majoration dynamique :
L : longueur de la travée ; L= 41m. G : Poids total du tablier sur la longueur L de la travée S : Poids total le plus élevé des essieux du système B
G=
143,5t
G = 637,198t
S =Max{Bt ;Bc ;Br} S=132t
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Méthode de Guyon-Massonnet : 1- Calcul des paramètres fondamentaux : 1.1- Paramètre d’en tretoisement :
♦Calcul
de Ip : Calculons Zg la position du centre de gravité :
1640 2184 4605 1875 10304
10 36,48 132,75 218,75 -
16400 79672,32 611313,75 410156,25 1117542,32
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Zg
Moment d’inertie par rapport a Yg :
En utilisant le théorème de HYGUENS :
Ip Ai 1640 2184 4605 1875
Igi(cm4) 54666,67 256931,3 9042013,44 24414,01
2
(Zg-Zgi)^2 Ai*(Zg-Zgi)^¨2 Ai*(Zg-Zgi)^¨2 9693,78085 15897800,59 15952467,3 5180,68853 11314623,75 11571555 590,149849 2717640,055 11759653,5 12164,5458 22808523,47 22832937,5 Ip = 0,62m4
♦Calcul
de
h : epaisseur de l’hourdis
1.2- Paramètre de torsion :
♦Calcul
de Jp :
Jp = K
0,279 0,234 0,29 0,31
183258,98 1138212,97 1202845,7 93654,63
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Jp = 0,02818m4 0,02818m4 ♦Calcul
de JE :
=0,446
2- Lignes d’influence : d’influence :
y=0
e
(-0,88b)
(-3b/4)
(-b/2)
(-b/4)
0
b/4
b/2
0,66b
K0
0,762
0,854
1,0233
1,159
1,217
1,159
1,023
0,915
K1
0,905
0,936
1,003
1,067
1, 099 1,099
1,067
1,003
0,96
K
0,86087399
0,91069697
1,00926404
1,09538876
1,13541167
1,09538876
1,00917147
0,94611419
Mini projet :
y=3,75
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e
(-0,88b)
(-3b/4)
(-b/2)
(-b/4)
0
b/4
b/2
0,66b
K0
-1,049
-0,8057
-0,33
0,182
0,766
1,448
2,242
2,8105
K1
0,486
0,526
0,295
0,745
0,906
1,108
1,345
1,509
K
0,0123397
0,11507269
0,10214157
0,57127313
0,86279971
1,21291498
1,62179042
1,91060839
♦Système
A(l) :
a) Poutre centrale y=0 : On a :
En se basant sur le tableau précédent (Méthode des trapèzes), on retrouve :
Ainsi :
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b) Poutre de rive y=3,75 :
On a :
Ainsi :
♦Système
Bc :
a) Poutre centrale y=0 :
ei K(Bc;y=0;ei) K(Bc;y=0;ei ) D’où :
0,25 1,095
2,25 1,00917
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Mini projet :
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D’où :
Nous avons également de ce qui précède
Il s’en suit que :
Enfin :
Mini projet :
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b) Poutre de rive y=3,75 :
Par interpolation des valeurs de K préalablement calculées, on obtient : ei K(Bc, y=3,75)
-1,75 0,31064
0,25 0,9405
0,75 1,09619
Ainsi :
2,75 1,8143
De même :
♦Système
Bt :
a)Poutre centrale y=0 : ei K(Bt, y=0)
0,5 1,1176
2,5 0,988
Mini projet :
Et on a :
Ainsi :
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b)Poutre de rive y=3,75 :
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ei K(Bt, y=3,75)
-2,5 0,11224
-0,5 0,733
0,5 1,0184
Par suite :
2,5 1,718
D’où :
♦Système
Br :
a)Poutre centrale y=0 :
Une roue D’où :
e=0.
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Et :
b)Poutre de rive y=3,75 :
De même :
Et :
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