Project Graduation Report

IUT Génie Civil et Construction Durable

CHAIGNEAU Magaly OUALI Victor

Année 2014-2015

Compte Rendu PFE Réhabilitation du bassin Ouest du

Port de Calais

!PAGE 1 SUR 40 – PFE CHAIGNEAU OUALI

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I TABLE DES MATIERES

I! TABLE DES MATIERES ___________________________________________ 1!

II! ETUDE GENERALE ______________________________________________ 2!

II-A! INTRODUCTION ___________________________________________________ 2!II-B! PRESENTATION DU PROJET _________________________________________ 2!II-C! ANALYSE MECANIQUE ____________________________________________ 5!II-D! GEOTECHNIQUE __________________________________________________ 6!II-E! CONSTRUCTION __________________________________________________ 7!

III! ETUDE GEOTECHNIQUE ________________________________________ 13!

III-A! DIMENSIONNEMENT SOUS PROSHEET ______________________________ 13!III-B! ETUDE DES ECOULEMENTS A LONG TERME _________________________ 15!III-C! COMMENTAIRE DES RESULTATS OBTENUS SOUS PROSHEET __________ 17!

IV! CONSTRUCTION METALLIQUE __________________________________ 19!

IV-A! DIMENSIONNEMENT DES TIRANTS D’ANCRAGE ____________________ 19!IV-B! DIMENSIONNEMENT DU RIDEAU DE PALPLANCHES _________________ 22!IV-C! DIMENSIONNEMENT DE LA LIERNE ________________________________ 30!IV-D! DIMENSIONNEMENT DES CORDONS DE SOUDURES ________________ 36!IV-E! DIMENSIONNEMENT DU CONTRE RIDEAU __________________________ 37!

V! LISTE DES ANNEXES ______________________________________ 40!

V-A! PLAN DE PHASAGE DU QUAI DARSE ______________________________ 40!V-B! PLAN DE PHASAGE DU QUAI DE PLAISANCE _______________________ 40!V-C! PLAN DE PHASAGE DU QUAI NORD ______________________________ 40!V-D! FICHE TECHNIQUE BOA BARGE ___________________________________ 40!V-E! FICHE TECHNIQUE PLAQUE VIBRANTE _____________________________ 40!V-F! PRE-ETUDE DES ECOULEMENTS (TIRANT A +5.00 C.M) _______________ 40!V-G! ETUDE DES ECOULEMENTS (TIRANT A +4.00 C.M) ___________________ 40!V-H! DIMENSIONNEMENT DES TIRANTS D’ANCRAGE ____________________ 40!V-I! DIMENSIONNEMENT DU RIDEAU DE PALPLANCHES __________________ 40!V-J! DIMENSIONNEMENT DE LA LIERNE _________________________________ 40!


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II ETUDE GENERALE

II-A INTRODUCTION

L’ensemble de ce dossier a été rédigé après avoir étudié deux configurations du nouvel ouvrage à réaliser. La première est celle initialement proposée par le CCTP fourni, et comporte un tirant d’ancrage à la cote +5,00 C.M. La seconde est celle que nous avons déterminée, après la pré-étude géotechnique de la première solution constructive envisagée, laquelle a été rejetée car générant de trop grandes déformations du rideau en phase travaux.

Ce dossier ne présente donc que la seconde solution, pour laquelle le dimensionnement du quai est envisageable. Les éléments justifiant un tel choix, notamment les résultats obtenus sous Prosheet des déplacements du rideau de palplanche en situation de travaux, ont été placés en Annexes.

II-B PRESENTATION DU PROJET

! Situation géographique et genèse du projet

Photo 1 : Bassin Ouest dont le quai Nord-Est est à rénover

Le projet se situe à Calais (62100). Il concerne les travaux de réhabilitation du quai Nord-Est du bassin Ouest du Port de Calais, qui accueille actuellement les activités de plaisance et de pêche artisanale.

Le quai Nord-Est du Bassin Ouest comprend actuellement les quais dénommés : Plaisance Est (109 ml), Darse (174 ml) et Nord (164 ml). Il sert de soutènement au terre-plein situé entre le retour de l’écluse Ouest et le quai Plaisance Ouest. Ce terre-plein constitue la digue entre le Bassin Ouest et le Bassin des Chasses.


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Schéma 1 : Situation des différents quais à rénover

L’ouvrage actuel se décompose en deux zones structurellement différentes :

- Au nord-est : le quai Nord (1959) est soutenu par un rideau de palplanches ancré par des tirants posés de 12m avec un contre-rideau, espacés de 4m.

- Au sud-ouest : Les quais Darse et Plaisance Est (entre 1967 et 1970) sont constitués par un rideau de palplanches ancré par des tirants posés de 14m sur contre-rideau, espacés de 2m.

Le quai est actuellement en très mauvais état, et doit faire l’objet d’une réhabilitation lourde, qui passe notamment par la création d’un nouveau rideau de palplanches de soutènement du remblai.

Photo 2 : Déformations et perforations du rideau corrodé

Photo 3 : Effondrements du terre-plein du quai Nord


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! Etat des dégradations constatées sur l’ouvrage existant

Le quai Nord est très endommagé depuis plusieurs années. On constate notamment des effondrements du terre-plein, ce qui a rendu le passage en bord de quai ainsi que l’accostage dangereux et interdit.

On constate également des déformations et des perforations du rideau de palplanches, liées au phénomène de corrosion dont elles sont victimes. A la vue de ces observations, des relevés d’épaisseur résiduelle des palplanches ont été réalisés en 2010 et 2012. Ces derniers ont confirmé l’insuffisance de l’épaisseur résiduelle des palplanches, qui permet normalement de protéger de la corrosion le rideau.

Ainsi, les critères de sécurité à long terme du rideau de palplanches, pour l’ensemble des trois quais, ne sont plus garantis.

Leur état de corrosion ne permettant plus d’envisager de simples réparations, il est nécessaire d’entreprendre des travaux de reconstruction d’un nouveau rideau, afin d’assurer la sécurité et la pérennité des quais de ce Bassin du Port de Calais.

! Contraintes particulières imposées au chantier

De nombreuses contraintes techniques sont présentent sur ce chantier et se doivent d’être prises en compte.

L’organisation des travaux doit, sans aucune gêne, permettre l’exploitation portuaire du port de Calais. En phase chantier, les zones d’évolution et de stockage devront minimiser les gênes occasionnées aux plaisanciers et aux pêcheurs. Les horaires journaliers de chantier ne devront pas perturber les usagers de la zone, en particulier pour les phases bruyantes ou vibrantes.

Il faudra, dans la mesure du possible, préserver les ouvrages existants, les équipements et les réseaux.

Durant toute la période des travaux, le bassin, soumis au fonctionnement de l’écluse, le pont Henri-Hénon et les terre pleins hors emprises de chantier devront rester accessibles aux usagers du bassin. La circulation devra prendre en compte les heures de marées.

Les quais actuels sont dimensionnés pour une surcharge uniforme de 1T/m² cependant l’état actuel du quai Nord ne permet pas de l’utiliser en phase travaux sans justification. Il est donc nécessaire de tenir compte du mauvais état des ouvrages existants dans le choix des méthodes d’exécution et du phasage de construction.


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II-C ANALYSE MECANIQUE

Les trois quais Darse, Plaisance Est et Nord, utilisent le même principe de fonctionnement mécanique. En phase finale l’ensemble du rideau de palplanche a été calculé selon la Méthode de Blum, en considérant que seule de la butée est mobilisée en pied d’ouvrage.

Une situation de travaux, faisant intervenir un calcul en auto-stabilité, permet de prendre en compte le phasage des opérations de réalisation du rideau de palplanches dans son dimensionnement.

Pour distinguer les quai, seuls le type de tirant passif (posé, ou scellé) et son inclinaison (à l’horizontale, ou à 30° par rapport à l’horizontale) diffèrent selon les portions du quai étudiées.

Voici un schéma permettant d’illustrer le fonctionnement mécanique du rideau de palplanches en phase finale :

Schéma 2 : Fonctionnement mécanique des rideaux de palplanches


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II-D GEOTECHNIQUE

! Contexte

L’ensemble de la campagne d’investigation pour ce projet se base sur le rapport d’étude géotechnique de l’ancien ouvrage.

Des essais ayant déjà été réalisés lors de cette précédente campagne, les essais à prévoir permettront de conforter cette ancienne étude, et de s’assurer de sa validité pour l’ouvrage à réaliser.

! Typologie du sol d’ancrage

Le sol d’ancrage des palplanches a été déterminé comme étant un Sable du Flandrien, soit un sol pulvérulent.

Ce type de sol est caractérisé par :

- une perméabilité k élevée, ce qui implique que le sol se draine presque instantanément - une résistance au cisaillement ne dépendant pas du comportement du squelette du sol, ce qui implique que seules les caractéristiques drainées de cisaillement représentatives du sol à la rupture sont intéressantes à exploiter (C’ et ϕ ’)

! Type et nombre d’essais géotechniques

Les types d’essais à prévoir sont des essais de cisaillement rectilignes Consolidés-Drainés (CD), afin de s’assurer de la valeur des paramètres effectifs (C’ et ϕ ’) qui caractérisent le cisaillement du Sable du Flandrien.

Sur 447 mètres linéaires d’écran, on peut compter 4 prélèvements par carottage, afin de recueillir des échantillons de terrain pour la réalisation des essais Consolidés-Drainés. On estime être sur une moyenne de 1 prélèvement par carottage tous les 110 mètres linéaires d’écran.

Pour chaque prélèvement carotté, plusieurs échantillons de sol seront préparés, puis testés lors d’essais CD. On pratiquera 3 à 4 essai CD par carottage. Ainsi, sur l’ensemble des prélèvements par carottage, on pratiquera entre 12 et 16 essais CD.

Les résultats obtenus quant aux paramètres (C’ et ϕ ’) permettront de comparer, conforter ou contredire, et valider ou invalider les résultats contenus dans l’étude géotechnique de l’ancien ouvrage.

Schéma 3 : Emplacement des prélèvements par carottage


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II-E CONSTRUCTION

! Description des ouvrages à construire

Le nouveau quai Nord Est sera constitué de palplanches dont le dimensionnement permettra de définir la référence, la longueur de fiche et la longueur totale.

La réalisation du tirant d’ancrage passif de ces trois quais diffère selon la disposition de l’ouvrage existant à remplacer (Cf. Coupes A-A, B-B et C-C). Il y a un donc un phasage différent pour chacune des trois solutions constructives proposées.

Comme précisé en introduction, l’ancrage du rideau, après une pré-étude, a été choisi à la côte +4,00 C.M. Voici un descriptif des différents types de tirants passifs d’ancrage, issus de l’étude préliminaire :

La majeure partie du quai est réalisée à l’aide de tirants posés de 16 m, espacés de 2,8m, fixés sur un contre-rideau de palplanches. Ce mode constructif a été retenu pour cette partie du futur quai, car l’ancrage des tirants sur le rideau existant n’était pas envisageable, du fait de la proximité du nouveau rideau avec l’ancien. Seule la zone de la Darse, utilise l’ancien rideau comme contre-rideau, puisqu’elle a été avancée de 16m vers le Bassin.

Enfin, sur environ 70m intermédiaires, des tirants passifs forés sont réalisés, car les tirants d’ancrage de l’ancien quai ne permettent pas d’envisager les deux solutions constructives précédentes. Ils sont espacés de 2,8 m, inclinés de 30° par rapport à l’horizontale, et sont d’une longueur libre de 10m et d’une longueur de scellement de 9m,

Le rideau de palplanches sera couronné par une poutre en béton armé coulée en place. Il sera raccordé aux ouvrages existants avec réalisation d’une étanchéité aux extrémités nord-ouest et sud-ouest (Cf. Détail Raccordement)


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! Phasage

Le phasage des opérations a été fondamental dans notre démarche de dimensionnement géotechnique du rideau de palplanches.

Voici le descriptif des opérations réalisées lors de la phase travaux, pour chaque quai (Darse, Plaisance Est, Nord). Vous trouverez également, fournis en Annexes, les plans de phasage auxquels se référer pour chaque quai.

Phasage du QUAI NORD – Correspond à COUPE A-A

Etape 1 : Démolition de la poutre de couronnement de l’ancien quai. Déplacement de la vase, sur une distance allant au minimum de 0,55m à 4,85m, à partir de l’ancien rideau. La vase sera stockée dans le Bassin Ouest, et sera mise en mer grâce à la drague en charge de l’entretien du Port de Calais (Cf. CCTP page 55)

Etape 2 : Fourniture et battage des palplanches de 13,30m de long à l’aide d’un mouton de battage hydraulique, supporté par une grue mobile, elle-même disposée sur une barge de travail amarrée en conséquence. Le niveau d’arase supérieur doit être de +7,97 C.M. En fond de fouille, sur la future zone remblayée, le niveau de nappe est rabattu en fond de fouille à -1,50 C.M par pompage.

Etape 3 : Terrassements des remblais existants pour créer en amont du nouveau rideau, sur presque 17,00m, une zone de travail située à la cote +4,00 C.M. Recépage de l’ancien rideau à la cote +4,00 C.M.

Etape 4 : Remblaiement de l’espace situé entre l’ancien et le nouveau rideau de palplanches, du fond de fouille jusqu’à la cote de +4,00 C.M, par couche compactées de 60-70cm d’épaisseur maximum. Le compactage sera effectué à l’aide de plaques vibrantes autoguidées dont le poids n’excédera pas 1,00 T/m2 (Cf. Documentation Technique Plaque Vibrante)

Etape 5 : Soudage des liernes au nouveau rideau de palplanche. Fourniture des accessoires nécessaires à la réalisation des liaisons de raccordement des tirants avec les deux rideaux de palplanches. Réalisation d’un contre-rideau de palplanches permettant l’ancrage des tirants posés. Ces palplanches seront battues avec le même matériel que précédemment, mais placé sur terre-ferme.

Mise en place des tirants posés : 4 à 5 tiges filetées d’une longueur d’environ 4,34m sont visée entre-elles pour former un tirant. Les tirants sont espacés entre eux de 2,80m. Ils sont fixés aux deux rideaux à l’aide de plaques articulées et de boulons d’ancrage.

Etape 6 : Remblaiement de l’espace terrassé derrière le nouveau rideau de la cote +4,00 C.M à la cote +7,97 C.M, par couches compactées de 60-70cm d’épaisseur maximum.

Etape 7 : Construction d’une poutre de couronnement en tête du rideau de palplanches, à l’aide d’un moule acier préfabriqué, intégrant des passerelles et garde-corps de sécurité.

Etape 8 : Réalisation de la couche de forme et de la couche bitumineuse du nouveau quai.


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Phasage de PLAISANCE EST – Correspond à COUPE B-B

Etape 1 : Démolition de la poutre de couronnement de l’ancien quai. Déplacement de la vase, sur une distance allant au minimum de 0,65m à 1,15m, à partir de l’ancien rideau. La vase sera stockée dans le Bassin Ouest, et sera mise en mer grâce à la drague en charge de l’entretien du Port de Calais (Cf. CCTP page 55)


Etape 3 : Terrassement sur 3,50m en amont de l’ancien rideau pour pouvoir le recéper à la cote +7,25 C.M, soit 1,00m plus bas que sa cote initiale.

Etape 4 : Remblaiement de l’espace situé entre l’ancien et le nouveau rideau de palplanches, du fond de fouille jusqu’à la cote de +4,00 C.M. Le compactage des remblais sera effectué ici à l’aide d’une technique appelée « induction hydraulique », car l’espace disponible ici pour les plaques vibrantes autoguidées n’est pas suffisant. De plus, la nature pulvérulente de nos remblais nous assure de la grande efficacité de ce procédé de compactage, qui est très utilisé pour le compactage des sols de type sablo-graveleux.

Etape 5 : Clouage des tirants scellés via la barge : 4 tiges filetées d’une longueur d’environ 4,50m sont clouées, et visées entre-elles au fur-et-à-mesure de l’opération de clouage, pour former un tirant. Les tirants sont espacés entre eux de 2,80m. Les deux premières tiges sont perforées de trous de diamètre 20, pour permettre au coulis de scellement de pénétrer dans le sol d’ancrage. Les tirants sont fixés au nouveau rideau à l’aide d’une plaque articulée et de boulons d’ancrage.

Etape 6 : Remblaiement de l’espace situé entre l’ancien et le nouveau rideau de la cote +4,00 C.M à la cote +7,97 C.M. Le compactage est réalisé par induction hydraulique.




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Phasage du QUAI DARSE – Correspond à COUPE C-C

Etape 1 : Démolition de la poutre de couronnement de l’ancien quai et arrachage des pieux de guidage ayant servis pour la construction du vieux quai. Déplacement de la vase sur 16,50m à partir de l’ancien rideau. La vase sera stockée dans le Bassin Ouest, et sera mise en mer grâce à la drague en charge de l’entretien du Port de Calais (Cf. CCTP page 55)


Etape 3 : Recépage de l’ancien quai à la cote +7,25 C.M, soit 1,00m plus bas que sa cote initiale.

Etape 4 : Remblaiement de l’espace situé entre l’ancien et le nouveau rideau de palplanches, du fond de fouille jusqu’à la cote de +4,00 C.M, par couche compactées de 60-70cm d’épaisseur maximum. Le compactage sera effectué à l’aide de plaques vibrantes autoguidées dont le poids n’excédera pas 1,00 T/m2 (Cf. Documentation Technique Plaque Vibrante)

Etape 5 : Soudage des liernes au nouveau rideau de palplanche. Fourniture des accessoires nécessaires à la réalisation des liaisons de raccordement des tirants avec les deux rideaux de palplanches. Mise en place des tirants posés : 4 tiges filetées d’une longueur d’environ 4,10m sont visée entre-elles pour former un tirant. Les tirants sont espacés entre eux de 2,80m. Ils sont fixés aux deux rideaux à l’aide de plaques articulées et de boulons d’ancrage.

Etape 6 : Remblaiement de l’espace situé entre l’ancien et le nouveau rideau de la cote +4,00 C.M à la cote +7,97 C.M, par couches compactées de 60-70cm d’épaisseur maximum.




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! Précision sur le mode de mise en place des palplanches

La mise en place des palplanches est un travail relativement complexe, qui demande une grande réflexion sur la méthode de leur mise en place, en prenant en compte les contraintes liées au sol ou au milieu de réalisation, où les vibrations et les nuisances sonores peuvent gêner le voisinage, et créer des dégâts sur les ouvrages alentours.

Il existe 3 techniques de mise en œuvre d’un rideau de palplanches qui sont : le battage, le vibrofonçage et le vérinage.

La méthode de fonçage ne peut être retenue ici, puisque le sol ne convient pas à ce mode de réalisation, pour lequel un sol de type argileux est préférable. La mise en œuvre par vérinage n’est pas non plus envisageable : la stabilité des premières palplanches ne peut être assurée dans un sol de type sableux, le risque de basculement de l’ensemble « palplanches - presse hydraulique » étant trop important.

La méthode par battage est donc retenue : les palplanches sont enfoncées par à-coups, à l’aide d’un outil de battage, appelé mouton, manutentionné par une grue. Pour éviter de détériorer la tête des palplanches, elles sont protégées par un casque de battage. De plus, pour respecter l’aplomb du rideau, il est nécessaire de mettre en place un guide de battage, sur un ou plusieurs niveaux.

Le battage est efficace en terrain dur et possède un bon rendement (cadence de 100 à 150 m²/jour). Cependant, cette méthode présente de fortes nuisances sonores (90 à 115 dB(A)). La première palplanche du rideau doit être installée avec le plus grand soin pour assurer la verticalité dans les deux plans du rideau.

Il existe également plusieurs méthodes de mise en œuvre de palplanches par battage. La méthode de battage par touches de piano sera retenue pour ce projet : les palplanches d’un même panneau sont enfoncées alternativement, garantissant le guidage des palplanches. Cette méthode est très préconisée dans les sables très denses, (Cf. Calcul de l’indice de densité du Sable du Flandrien)

Schéma 4 : Battage par touches de piano


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L’indice de densité relative permet de caractériser la compacité d’un sol grenu et son aptitude à supporter des charges.

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ID Compacité du sol Calcul pour le sable de Flandrien

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<0,5 Lâche

0,5 Moyennement dense Sol très compacte correspondant à la technique de mise en œuvre du rideau de palplanches par battage par touches de

piano.

>0,5 Très compact

1 Très bien compact

! Choix de la barge de travail

L’utilisation d’une barge est nécessaire pour la mise en place du rideau de palplanches, puisque le quai actuel est inutilisable, au vu de son état avancé de dégradation.

La barge doit être dimensionnée en fonction des dimensions de l’écluse, ainsi qu’en fonction du matériel nécessaire pour la mise en place des palplanches.

L’écluse a été mesurée sur Google Maps : sa largeur est d’environ 17,00 m. Les dimensions de la barge doivent permettre l’accès au bassin du quai de Plaisance.

Image 1 : Dimension écluse

Le modèle de barge retenu est la BOABARGE 49/50 (Cf. Documentation technique barge) qui a pour dimensions 33,8m x 14,4 m. Cette barge permet de respecter nos contraintes liées à l’accessibilité du site, car elle respecte les dimensions de l’écluse et permet de supporter le système permettant de battre les palplanches (3,0m x 8,0m).

17.00 m


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III ETUDE GEOTECHNIQUE

III-A DIMENSIONNEMENT SOUS PROSHEET

Le logiciel Prosheet permet de pré-dimensionner des rideaux de palplanches, en prenant en compte différents types de fonctionnement mécaniques (auto-stable, buté en pied et ancré).

! Méthodologie adoptée

L’ensemble du dimensionnement sous Prosheet considère, un tirant d’ancrage situé à la côte + 4.00 C.M (Cf. Schéma Modélisation Prosheet).

La réflexion sur le phasage des opérations de réalisation des rideaux de palplanches nous a amené à choisir deux types de fonctionnements mécaniques : l’auto-stabilité lors de la phase travaux, et la butée en pied lors de la phase finale.

L’auto-stabilité permet de dimensionner notre rideau de palplanches en ne considérant le rideau soumis qu’à de la poussée résultante des remblais et des nappes hydrostatiques. Ce calcul sous Prosheet, pour les trois types d’ancrage, doit nous permettre de vérifier que notre rideau de palplanches reste stable sans tirant d’ancrage, sous la poussée des remblais. On doit également vérifier que le rideau n’admet que des déformations inférieures à L/100, L étant sa longueur non-ancrée (105 mm). En phase travaux, les quais doivent pouvoir supporter une hauteur de remblai de 5,50 m.

La butée en pied, calculée sous Prosheet via la méthode de Blum, permet de dimensionner notre rideau de palplanches en prenant en compte un tirant d’ancrage à situé à la cote +4,00 C.M et une épaisseur de remblai de 9,47m, et permet de supposer que seule de la butée est mobilisée en pieds de rideau.

En phase finale, les quais Darse et Nord, prennent en compte un tirant passif posé d’ancrage à perpendiculaire au rideau. Le quai de Plaisance prend en compte un tirant passif scellé d’ancrage incliné de 30° par rapport à l’horizontale.

Pour tous les cas, le logiciel nous rendra, pour un type de palplanche et une surcharge de Caquot donnés : une longueur de rideau, un diagramme d’effort tranchant et de moment fléchissant et un diagramme des déformations.

Concernant les données à rentrer dans le logiciel Prosheet, il est nécessaire de renseigner pour chaque modèle de quai : les données géotechniques, les niveaux de nappes et les surcharges de Caquot, à prendre en compte en phase travaux et en phase finale.

! Surcharges de Caquot

Les surcharges de Caquot, durant la phase travaux, ont été estimées à 10 kPa, et sont très largement supérieures à la réalité. En effet, la charge liée aux travaux de compactage n’est pas uniformément répartie sur l’ensemble du remblai.

De plus, nous avons choisi une plaque vibrante télécommandée pesant 615 kg et dont la surface de travail est estimée à 0,8 m x 0,8 m = 0,64 m², ce qui nous donne une charge concentrée de 0,615/0,64 = 0,96 T/m² lors du passage de la machine sur le remblai, soit 9,6 kPa. On se place donc en sécurité en choisissant une charge de Caquot de 10 kPa pour la phase travaux. On prend la même pour la phase finale.


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! Données géotechnique

En premier lieu, il a fallu, pour la situation de travaux, et la situation finale, déterminer des cas théoriques de Court-Terme, faisant intervenir les paramètres non-drainés du sable, et de Long-Terme, faisant intervenir les paramètres drainés du sable.

Néanmoins, avec du recul, nous avons choisi de considérer notre sable comme toujours drainé. Ce choix s’est justifié à travers l’analyse des valeurs de ses caractéristiques drainées : Cohésion presque nulle en situation drainée ; Poids Volumique drainé représentatif d’un sol pulvérulent. Ces valeurs ont en effet signifié pour nous que le sable peut être considéré comme parfait, soit toujours drainé.

Partant de cette hypothèse, nous avons éliminé les situations de Court-Terme des phases travaux et finale à étudier via Prosheet. Mais nous plaçant dans des situations de Long-Terme pour notre phase travaux et notre phase finale, il nous a fallu envisager l’étude des écoulements de ces deux phases.

En effet, la situation de Long-Terme considère que les nappes situées de part et d’autre du rideau ne font qu’une. Or le logiciel Prosheet ne réalise que ses calculs à partir d’une situation de Court-Terme, où les nappes statiques sont distinctes de part et d’autre de l’écran.

Cette étude d’écoulement a donc eu pour but de confirmer que, bien que Prosheet utilise un mode de calcul correspondant à une situation hydrostatique de Court-Terme, cela va dans le sens de la sécurité que de dimensionner l’écran suivant ce logiciel et ses hypothèses de calcul, les pressions hydrostatiques en situation d’écoulement (Long-Terme) étant moins défavorables que les pressions hydrostatiques en situation statique (Court-Terme).

Au final pour l’ensemble du rideau, nous n’avons eu qu’une situation hydraulique de travaux et finale à étudier, le phasage des opérations nous ayant permis d’optimiser en amont les calculs géotechniques à réaliser.


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III-B ETUDE DES ECOULEMENTS A LONG TERME

Dans cette partie, les pressions hydrostatiques (kPa) mobilisant un effort de butée sur l’ouvrage seront prises conventionnellement positives.

De plus, les résultats suivant ne concernent que l’étude des écoulements de notre solution optimisée, qui fait intervenir une position de tirant d’ancrage à +4,00 C.M.

Vous trouverez en Annexes le dossier de plan correspondant à l’étude préliminaire de la solution n°1, qui comportait des tirants ancrés à la cote +5,00 C.M (Schémas Prosheet écoulement Solution n°1)

! Phase Travaux pour l’ensemble des trois quais

Étape 1 : Choix de la référence z=0 : elle est choisie ici au niveau bas de la nappe, soit au niveau du fond de fouille, à -1,50 C.M, où la nappe est rabattue par pompage durant la phase de travaux.

Étape 2 : Introduction des points de calculs intéressants (Cf. Schéma).

Mise en évidence de l’écoulement :

Le toit de la nappe en Amont de la palplanche est rabattu par pompage à -1,50 C.M au point D. Le toit de la nappe en Aval de la palplanche, est maintenu au seuil de +2,00 C.M au point A.

Ainsi, Hamont - Haval = 3,50m ≠ 0 : on constate l’existence de pertes de charges, dues aux frottements de l’eau sur les grains. Ces pertes de charges caractérisent la présence d’un écoulement du point A vers le point D

On peut cependant apporter une simplification à ce modèle d’écoulement : en effet, on peut négliger les pertes de charges dans l’eau, entre les points A et B : ainsi HA = HB = 3,50m. On étudie donc l’écoulement du point B vers le point D.

Étape 3 : Tracé des lignes de courant limites et des équipotentielles limites (Cf. Schéma)

Étape 4 : Tracé des lignes de courant et des équipotentielles intermédiaires : ici l’écoulement n’est pas symétrique de part et d’autre de la palplanche : le tracé se résume donc à dessiner des carrés curvilignes homothétiques semblables.

Calcul des pressions hydrostatiques à gauche et à droite du point C, situé en pied de palplanche :

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En écoulement : ∆!"!= !" + !",! − !",! = !",!!!"#

En statique (sous Prosheet) : ∆!"!= !",! − !",! = !"!!"#

Ainsi, on obtient une résultante de butée en pied de fiche plus importante, lorsqu’on prend en compte l’écoulement, que lorsqu’on considère les nappes statiques.

Or le logiciel Prosheet, avec lequel la longueur du rideau a été calculée, considère que les nappes sont distinctes. On va donc dans le sens de la sécurité si l’on ne prend pas en compte l’écoulement, avec les paramètres CD du sol, pour calculer la longueur du rideau, puisque le phénomène d’écoulement participe à la mobilisation de plus de butée en pied de fiche.

Pour ce cas d’étude, la longueur d’écran calculée sous Prosheet, qui est de 13,30 m, est donc valide.

! Phase Finale pour l’ensemble des trois quais

Étape 1 : Choix de la référence z=0 : elle est choisie ici au niveau le plus bas possible de la nappe, soit au niveau +0,30 C.M, qui correspond au niveau de la BMVEE : basse mer de vives eaux exceptionnelles (Cf. CCTP paragraphe 1.2.3)

Étape 2 : Introduction des points de calculs intéressants (Cf. Schéma).

Mise en évidence de l’écoulement :

Le toit de la nappe en Amont de la palplanche est situé à +2,50 C.M au point A. Le toit de la nappe en Aval de la palplanche, est correspond au niveau de la BMVEE, soit +0,30 C.M au point E.

Ainsi, Hamont - Haval = 2,20m ≠ 0 : on constate l’existence de pertes de charges, dues aux frottements de l’eau sur les grains. Ces pertes de charges caractérisent la présence d’un écoulement du point A vers le point E

On peut cependant apporter une simplification à ce modèle d’écoulement : en effet, on peut négliger les pertes de charges dans l’eau, entre les points D et E : ainsi HD = HE = 0,00m. On étudie donc l’écoulement du point A vers le point D.

Étape 3 : Tracé des lignes de courant limites et des équipotentielles limites (Cf. Schéma)

Étape 4 : Tracé des lignes de courant et des équipotentielles intermédiaires : ici l’écoulement n’est pas symétrique de part et d’autre de la palplanche : le tracé se résume donc à dessiner des carrés curvilignes homothétiques semblables.

Calcul des pressions hydrostatiques à gauche et à droite du point C, situé en pied de palplanche :

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En écoulement : ∆!"!= !" + !",! − !",! = !",!!!"#

En statique (sous Prosheet) : ∆!"!= !",! − !",! = −!!!!"#

Ainsi, on obtient une résultante de butée en pied de fiche plus importante, lorsqu’on prend en compte l’écoulement, que lorsqu’on considère les nappes statiques.

Or le logiciel Prosheet, avec lequel la longueur du rideau a été calculée, considère que les nappes sont distinctes. On va donc dans le sens de la sécurité si l’on ne prend pas en compte l’écoulement, avec les paramètres CD du sol, pour calculer la longueur du rideau, puisque le phénomène d’écoulement participe à la mobilisation de butée en pied de fiche, tandis que les nappes distinctes mobilisent un effort de poussée.

Pour ce cas d’étude, la longueur d’écran calculée sous Prosheet, qui est de 12,99 m, est donc valide.

III-C COMMENTAIRE DES RESULTATS OBTENUS SOUS PROSHEET

L’ensemble de cette partie est illustré dans l’Annexe « Analyse des résultats obtenus sous Prosheet », qui réuni, pour nos deux situations (travaux et finale) les graphiques représentant les déformations des quais, ainsi que les diagrammes des sollicitations (Vz et My). Vous trouverez également les graphiques des déformations des quais ayant menés au rejet de la solution proposant des tirants ancrés à la cote +5,00 C.M.

Notre rideau peut être considéré comme une console, dont la partie libre ne dépend pas de la profondeur d’ancrage, et mesure (7,97+2,50) = 10,47m. La déformation maximale correspondante des palplanches se calcule via la formule suivante :

!"!"" =

!!"" = !

!"#$"!"" ≈ !!"#!!!!

Ainsi, une déformation admissible en tête de rideau ne devra pas dépasser cette valeur seuil de 105mm. Or nous constatons, d’après les graphiques produits, que nos calculs mènent à des déformations inférieures ou très proches de cette valeur : 107mm en situation de travaux, et 45mm en situation finale. Néanmoins nous restons critique vis-à-vis de ces valeurs de déformations, que nous savons majorées du fait de la prise en compte d’une surcharge uniforme de Caquot importante dans les données de Prosheet (Cf. « Surcharges de Caquot»)

Concernant la longueur de l’écran, sa valeur finale correspond à celle obtenue pour le cas le plus défavorable, soit notre situation de travaux. Elle est de 13,30m, ce qui correspond à un niveau d’ancrage situé à la cote –5,33 C.M (Cf. Schémas Modélisation Prosheet).

Enfin, concernant les modèles de mécaniques de calcul utilisés par Prosheet pour la phase travaux (auto-stabilité), et pour la phase finale (Méthode de Blum) : aucune des deux ne prennent en compte les coefficients de sécurité aux états limites ultimes (ELU). De plus, il nous est impossible de distinguer sous Prosheet, les charges permanentes G des charges d’exploitation Q.


!

! !

Afin de pouvoir dimensionner de manière sécuritaire les différents éléments métalliques du rideau, nous avons décidé de majorer forfaitairement de 50 %, via le coefficient de 1.5, les efforts tranchants et les moments fléchissants sollicitants. Nous avons cependant conscience que cette majoration aura un impact important sur les dimensions des éléments métalliques, notamment sur celles des tirants posés et scellés d’ancrage.

! Critique de la cohérence du calcul fait par le logiciel Prosheet

Nous avons pu constater que le logiciel Prosheet ne prend pas en compte les paramètres non-drainés du sol, qui correspondent à une situation géotechnique de Court-Terme pour les phases travaux et finale.

Néanmoins, notre sol d’ancrage étant du sable, nous avons choisi de le considérer comme toujours drainé, et donc de modéliser notre rideau sous Prosheet à l’aide des paramètres drainés du sol, soit pour une situation de Long-Terme pour les phases travaux et finale.

Cependant nous avons observés que Prosheet ne fait ses calculs que pour des pressions de nappes hydrostatiques, ce qui correspond à une situation hydraulique de Court-Terme. Il ne prend donc pas en compte l’écoulement, qui correspond à une situation de Long-Terme.

Il y a donc une forte contradiction entre les paramètres de sols pris en compte par le logiciel Prosheet et la façon dont il prend en compte la situation hydraulique des terrains.

C’est la raison pour laquelle il nous a fallu étudier en profondeur les écoulements des phases travaux et finale, afin de justifier que les valeurs du rideau, que nous avons calculé sous Prosheet, sont plus sécuritaires en prenant en compte des nappes hydrostatique de Court-Terme que des nappes d’écoulement de Long-Terme.


!

! !

IV CONSTRUCTION METALLIQUE

IV-A DIMENSIONNEMENT DES TIRANTS D’ANCRAGE

L’ensemble de cette partie est illustré en Annexes (Dimensionnement des tirants d’ancrage) qui présente les documents nous ayant permis de dimensionner les tirants en fonction de nuances d’acier et de diamètres donnés.

Les tirants sont des tubes métalliques, pleins ou creux, fixés au rideau de palplanches à partir de plaques articulées d’ancrage dont le rôle est de transmettre l’effort de traction du tirant sur le rideau, afin de l’empêcher de basculer sous les forces de poussées qui le sollicitent.

Le dimensionnement des tirants consiste en la détermination de leur diamètre et de leur nuance d’acier, ces deux aspects devant permettre la reprise de l’effort de traction sollicitant par les tirants.

Pour cela, il est nécessaire de vérifier, selon l’Eurocode 3, la résistance de la section des tirants, sollicitée par le rideau au niveau +3.97 C.M par un effort de traction.

! Calculs préliminaires

Un premier calcul a consisté à déterminer l’effort de traction sollicitant les tirants aux ELU. Cet effort de traction est déterminé à partir de nos résultats obtenus sous Prosheet, lors du dimensionnement du rideau de palplanche en phase finale.

En effet, cette méthode de calcul prend en compte la présence des tirants d’ancrage à la cote +3,97 C.M pour dimensionner le rideau. La discontinuité d’effort tranchant présente à la cote +3,97 C.M sur le diagramme d’effort tranchant du rideau de palplanches correspond donc à notre effort normal sollicitant en traction que le tirant doit reprendre afin d’assurer la stabilité aux ELU de l’écran.

Afin de prendre en compte la notion d’ELU, un coefficient majorateur de 1,5 a été appliqué aux valeurs obtenues sous Prosheet, afin de s’assurer du dimensionnement sécuritaire des tirants aux ELU.

De plus, la zone d’influence des tirants est de 2,80 m, puisque cela correspond à l’espacement résidant entre chacun d’entre eux.

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! Vérification de la section de calcul selon l’Eurocode 3

Vérification de la résistance à la traction (Nx) :

!!" ≤ !!,!"

La valeur de Nt, Rd, la résistance calculée de la section en traction, est le minimum des deux valeurs suivantes :

!!",!" = ! ∙ ! !!!!" La résistance plastique de la section brute

!!",! = !,! ∙ !!!"# ∙ ! !!!!" La résistance ultime de la section nette


!

! !

Ces deux valeurs dépendent et varient selon la nuance d’acier retenue, l’aire, l’aire nette et le type du tirant (plein ou creux)

Vérification de la résistance en traction de la section des tirants scellés (Nx) :

Les tirants scellés sont constitués de tubes creux de diamètre D et d. L’aire nette est calculée en prenant en compte l’aire des trous nécessaires au passage du coulis de ciment dans le sol, dans la partie ancrée des tirants (sur 9,0m ici). Ces trous ont été estimés au nombre de 4 par section nette, et sont de diamètre 20mm.

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La section des tirants forés choisie en tube creux de diamètre 177,8mm, d’épaisseur 12mm, et de nuance d’acier S275 remplie donc le critère ELU de résistance à l’effort normal de traction.

Vérification de la résistance en traction d’une section des tirants posés (Nx) :

Les tirants posés sont constitués de tubes pleins de diamètre D, visés entre eux. L’aire nette doit donc prendre en compte la partie filetée des tubes, afin d’être représentative de la section la moins résistante des tirants posés. Elle sera déterminée à partir d’un rapport trouvé entre l’aire non filetée et l’aire filetée de tiges d’ancrage en acier, faute de données exactes. (Cf. Polycopié SST6 Cours I)

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La section des tirants posés choisie en tube plein de diamètre 100mm et de nuance d’acier S275 remplie donc le critère ELU de résistance à l’effort normal de traction.

! Protection contre la corrosion des tirants d’ancrage

Dans notre dimensionnement des tirants, nous avons du prendre en compte le phénomène de corrosion. D’après le CCTP, la protection des tirants est assurée par une surépaisseur de métal, sacrifiée à la corrosion, de 1,20mm. Ainsi, la section réduite du tirant, après destruction par corrosion de la surépaisseur sacrificielle, doit garantir les mêmes critères de résistance aux ELU que la section saine, qui comprend la surépaisseur. On a ainsi que :

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Vérification de la résistance en traction de la section corrodée des tirants forés (Nx) :

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La section corrodée des tirants scellées en tube creux de diamètre 175,4 mm, d’épaisseur 10,8mm et de nuance d’acier S275 remplie donc le critère ELU de résistance à l’effort normal de traction. Ainsi, le diamètre initial de 177,8mm répond bien au critère de protection contre la corrosion des tirants scellés d’ancrage, imposé par le CCTP.

Vérification de la résistance en traction de la section corrodée des tirants posés (Nx) :

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La section corrodée des tirants posés en tube plein de diamètre 97,6mm et de nuance d’acier S275 remplie donc le critère ELU de résistance à l’effort normal de traction. Ainsi, le diamètre initial de 100mm répond bien au critère de protection contre la corrosion des tirants posés d’ancrage, imposé par le CCTP.


!

! !

! Optimisation des sections d’acier des tirants

L’optimisation des section des tirants a été faite en faisant varier 2 ou 3 paramètres selon la nature du tirant considéré : la nuance d’acier, le diamètre du tube, et, si concernée, l’épaisseur du tube. Pour des sections vérifiant l’Eurocode 3, le choix s’est ensuite fait en favorisant une augmentation de la nuance d’acier plutôt qu’une augmentation de diamètre et/ou d’épaisseur, et ce pour des raisons évidentes de coût. C’est pourquoi nous avons préféré choisir une nuance d’acier S275 pour l’ensemble des tirants d’ancrage de ce projet, plutôt qu’une nuance d’acier S235, car cela nous a permis de réduire significativement le diamètre des tubes d’acier formant les tirants d’ancrage.

IV-B DIMENSIONNEMENT DU RIDEAU DE PALPLANCHES

Le rideau de palplanches doit être dimensionné pour retenir les efforts de poussée créés par les terrains et les nappes hydrostatiques en amont, qui tendent à le faire basculer vers le bassin. Son fonctionnement a été défini, en phase finale, comme simplement buté en pied, avec tirant d’ancrage (Méthode de Blum)


La première étape du dimensionnement du rideau de palplanches a été l’étude géotechnique du rideau via le logiciel Prosheet. De cette étude sont ressortis deux diagrammes d’efforts tranchants sollicitants, et deux diagrammes de moments fléchissants sollicitants, chacun obtenu respectivement pour la situation de travaux et la situation finie du rideau. Prise en compte de la corrosion. Ces diagrammes sont visualisables dans l’Annexe (Analyse des résultats obtenus sous Prosheet)

Après majoration par le coefficient ELU 1,5 (Cf. III-C ) des valeurs maximales d’effort tranchant et de moment fléchissant, nous avons obtenu les cas de charges dimensionnant, présents dans le tableau 2 suivant ; ces cas de charges permettront la vérification, selon l’Eurocode 3, de la référence de palplanches choisie suivante :

Référence de la Palplanche choisie, à verifier à l’Eurocode 3

Référence AZ 24-700 S430 GP (Cf. Doc. Technique Arcelor Mittal)

Section 174,10 cm2/ml

h 459 mm

fy 430 MPa

tw 11,2 mm

fu 510 MPa

tf 11,2 mm

Iy 55820 cm4/ml

Wply 2867 cm3/ml ΥM0 1,00

ΥM2 1,25

Classe 2 : Calcul en plasticité

Tableau 1 : Référence de la palplanches à vérifier selon l'Eurocode 3.5


!

! !

Efforts sollicitants dimensionnants

Ved 576,593 kN/ml Pour l'ensemble du rideau

Med 796,163 kN.m/ml

Vérification de l'Intéraction Vz / My

En phase travaux (aux ELU)

En phase finale (aux ELU)

Section Vz 32,625 kN/ml


5,97m My 274,2465 kN.m/ml

3,97m My 155,781 kN.m/ml



9,47m My 274,2465 kN.m/ml

5,47m My 337,161 kN.m/ml



10,47m My 373,5915 kN.m/ml

7,67m My 765,541

5 kN.m/ml



13,30m My 1,665 kN.m/ml

9,47m My 721,345

5 kN.m/ml


10,47m My 526,458 kN.m/ml

Tableau 2 : Tableau des cas de charges dimensionnant pour le rideau de palplanches

! Cadre normatif de la vérification ELU des palplanches

L’ensemble de la vérification des palplanches est régi par le cadre normatif de l’Eurocode 3.5. Néanmoins, seul le paragraphe 5.2.2 (page 28 à 31 en Annexes) nous intéresse ici, car il concerne les palplanches soumises à la flexion et au cisaillement, ce qui est notre cas au vu des sollicitations obtenues ci-dessus (tableau 2).

L’entière partie qui va suivre se contente donc de vérifier, selon les termes du paragraphe 5.2.2 de l’Eurocode 3, la section choisie de palplanches aux ELU sous les efforts sollicitants déterminés précédemment.


!

! !

Vérification de l’intéraction entre Vz et My

Avz : valeur de l’aire de cisaillement de la section des palplanches

Vpl,Rd : valeur de calcul de la résistance plastique à l’effort tranchant des palplanches

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! ∙ !,! ∙ !"!! = !"",!!!!"/!"

Pour toutes les sections, où de l’effort tranchant et du moment fléchissant en proportions importantes ont été relevés (tableau 2), il faut vérifier l’inégalité suivante :

!!" < !" > !,! ∙ !!",!"! Le tableau 3 suivant résume l’itération de cette opération de vérification, qui a été

faite sous Excel, pour plus de commodité. On remarque qu’aucune des sections où l’effort tranchant aurait pu poser problème n’est concernée par le phénomène d’intéraction Vz/My recherché.

Ainsi, on ne réduit pas la valeur de calcul du moment résistant plastique dans la partie suivante





5,97m pas d'intéraction

3,97m pas d'intéraction 0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml 0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml




5,47m pas d'intéraction 0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml

0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml





0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml





0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml



0,5.Vpl,Rd 622,56 kN/ml

Tableau 3 : Itération, sur les sections concernées, de la vérification d'intéraction entre Vz et My


!

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Vérification de la Résistance à la flexion de la section transversale

Mc,Rd : valeur de calcul du moment fléchissant résistant de la section transversale

Pour une palplanche en Z de classe 2 :

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La palplanche choisie vérifie bien le critère ELU de résistance à la flexion.

Vérification de la Résistance au cisaillement de la section transversale

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La palplanche choisie vérifie bien le critère ELU de résistance au cisaillement.

Vérification de la résistance au voilement par cisaillement de l’âme des palplanches

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La vérification de résistance au voilement par cisaillement de l’âme des palplanches n’est donc pas nécessaire dans notre cas de figure.

! Protection contre la corrosion du rideau de palplanches

Le CCTP impose trois systèmes de protections concomitants contre la corrosion du rideau de palplanches.

1. Une surépaisseur sacrificielle des palplanches doit être prise en compte dans leur dimensionnement, afin de garantir une durée d’exploitation de 50ans.

2. De la peinture anticorrosion doit être appliquée dans les zones définies comme les plus exposées.

3. Une protection cathodique faisant intervenir une anode sacrificielle doit être réalisé. L’anode doit être dimensionnée pour une durée de fonctionnement de 15ans.


!

! !

! Détermination de la surépaisseur sacrificielle

La détermination de la surépaisseur des palplanches se fait selon le tableau 4 .2, situé page 27 de l’Eurocode 3.5 (fournie en Annexes).

Pour une durée d’utilisation de 50ans d’un projet exposé à l’eau de mer, une surépaisseur maximale de 3,75mm est à prendre en compte dans les zones d’attaques élevées. De plus, une surépaisseur de 1,75mm est à prendre en compte dans les zones d’immersion permanente et dans la zone de marnage. C’est la surépaisseur la plus importante qui doit être prise en compte pour l’ensemble du rideau de palplanches. De plus, vous trouverez en Annexes le plan de (zonage vertical de l’agressivité de l’eau de mer) pour notre rideau, déterminé à partir de la page 25 de l’Eurocode 3.5 (fournie en Annexes)

Pour tenter d’optimiser notre section de palplanches, nous sommes donc partis dans l’idée que le rideau AZ 24-700 permettait de prendre en compte la surépaisseur liée à la corrosion.

L’épaisseur de ce rideau étant de 11,2mm, nous avons donc cherché à vérifier qu’une palplanche de nuance d’acier équivalente (430MPa) et d’épaisseur réduite à !!,!!– !!,!"! = !!,!"##, vérifie les dispositions de l’Eurocode 3.5.2.2. Or, comme aucune référence de palplanches n’existe dans cette épaisseur, nous avons du reconsidérer cette hypothèse.

Nous sommes parti de la référence de palplanches d’épaisseur la plus faible (8,50mm – AZ 17-700), et avons cherché à montrer qu’elle vérifie l’Eurocode 3.5.2.2. Comme elle ne le vérifie pas, nous avons opté pour une solution plus simple mais moins économique, qui consiste à dire que notre palplanche initiale AZ 24-700 correspond à la palplanche corrodée. Ainsi les palplanches à mettre en place sur le site doivent être d’une épaisseur minimale de !!,!+ !!,!"! = !!",!"##!; ainsi, notre choix s’est porté sur la référence de palplanche suivante : AZ 44-700N, avec une épaisseur d’âme de 15,0mm.

Bien évidemment, une vérification complète à l’Eurocode 3.5.2.2 a été faite pour ce modèle de palplanche. Voici les résultats obtenus :

Référence de la Palplanche finale, à verifier à l’Eurocode 3

Référence AZ 44-700N S430 GP

(Cf. Doc. Technique Arcelor Mittal)

Section 273 cm2/ml

h 500 mm

fy 430 MPa

tw 15,0 mm

fu 510 MPa

tf 19,0 mm

Iy 110150 cm4/ml


ΥM2 1,25


Tableau 4 : Référence de palplanches incluant la surépaisseur de protection anticorrosion


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Pour toutes les sections, où de l’effort tranchant et du moment fléchissant en proportions importantes ont été relevés (tableau 2), il faut vérifier l’inégalité suivante :

!!" < !" > !,! ∙ !!",!"! Le tableau 5 suivant résume l’itération de cette opération de vérification, qui a été

faite sous Excel, pour plus de commodité. On remarque qu’aucune des sections où l’effort tranchant aurait pu poser problème n’est concernée par le phénomène d’intéraction Vz/My recherché.

Ainsi, on ne réduit pas la valeur de calcul du moment résistant plastique dans la partie suivante






3,97m pas d'intéraction 0,5.Vpl,Rd 895,60 kN/ml 0,5.Vpl,Rd 895,60 kN/ml





0,5.Vpl,Rd 895,60 kN/ml





0,5.Vpl,Rd 895,60 kN/ml





0,5.Vpl,Rd 895,60 kN/ml



0,5.Vpl,Rd 895,60 kN/ml

Tableau 5 : Itération, sur les sections concernées, de la vérification d'intéraction entre Vz et My


!

! !


Mc,Rd : valeur de calcul du moment fléchissant résistant de la section transversale

Pour une palplanche en Z de classe 2 :

!!,!" = !!! ∙!!" ∙!! !!" = !,! ∙ !"#! ∙ !"# !,! ∙ !"!! = !"#$,!"!!".!/!"

!!,!" = !"#$,!"!!".!/!" ≫ !!" = !"#,!"#!!".!/!"

!"#$!!"!!"#$#%&!:!!",!"%!

Le modèle final de palplanche vérifie bien le critère ELU de résistance à la flexion.


!!",!" =!!" ∙ !!! ∙ !!"

= !"#$ ∙ !"#! ∙ !,! ∙ !"!! = !"#!,!"!!"/!"

!!",!" = !"#!,!"!!"/!" ≫ !!" = !"#,!"#!!"/!"

!"#$!!"!!"#$#%&!:!!",!"%!

Le modèle final de palplanche vérifie bien le critère ELU de résistance au cisaillement.


! = !− !!!"#$ = (!""− !")

!"#!(!!,!) = !"#,!"!!!

!!!= !"#,!"

!",! = !",!"! < !" ∙ ! = !" ∙ !"#!!

= !" ∙ !"#!"# = !",!"

La vérification de résistance au voilement par cisaillement de l’âme du modèle final de palplanche n’est donc pas nécessaire dans notre cas de figure.


!

! !

! Protection par peinture anticorrosion du rideau

Comme spécifié dans le CCTP, une couche de peinture anticorrosion est appliquée en usine sur les palplanches, avant leur livraison sur chantier. La zone concernée par cette couche de peinture anticorrosion est celle située côté bassin, dans la partie émergée du rideau, soit entre la cote +3,50 C.M et +7,97 C.M.

La classe de certification de cette peinture est C3ANV, ce qui correspond à un environnement atmosphérique de zones côtières à faible salinité. De ce point de vue, nous sommes assez critique, car après quelques recherches, nous trouvons que cette classe de certification a été évaluée à la légère. Nous aurions plutôt opté pour une peinture de classe C5Mm, qui correspond à un milieu à forte salinité, avec prise en compte d’une forte exposition aux marnage et éclaboussures. De plus cette classe va très souvent de paire avec l’existence d’un dispositif de protection cathodique, ce qui est le cas pour notre rideau.

Cependant, on peut justifier ce choix de peinture par la triple protection anticorrosion que le rideau reçoit. Nous pensons que ce choix a été fait pour des raisons économiques, la couche de peinture devant être refaite tous les 10ans, lors de l’entretien du quai.

! Protection cathodique par anode sacrificielle du rideau

La protection cathodique par anode sacrificielle a pour but de protéger le rideau. Elle consiste à abaisser le potentiel électrique du rideau métallique, afin de le rendre cathodique. Ceci est fait à l’aide d’une anode dite sacrificielle, dont le potentiel devra impérativement être supérieur à celui du rideau pour que le système de protection fonctionne.

Ce principe repose sur des lois de physique, qui disent que la matière atomique recherche constamment à se trouver sous un état stable. Cela induit des changements constants de potentiels électriques (échanges d’électrons), et donc des passages de formes atomiques à formes ioniques.

Le passage des métaux sous forme ionique se fait à travers le phénomène de corrosion, qui est un phénomène d’oxydoréduction : un métal sous forme atomique (rideau de palplanches) subit la perte des électrons instables de sa couche de valence, sous l’impulsion d’un oxydant. L’eau de mer et l’air marin sont ici les principales causes d’oxydation du rideau, car ils sont pleins d’éléments ioniques dont le potentiel électrique incite le métal à se corroder.

Ainsi, dans le cas où le potentiel électrique du rideau n’est pas abaissé, l’anode correspond au rideau, et la solution ionique de l’eau de mer et de l’air correspond à la cathode : le rideau se corrode.

La protection cathodique a donc pour but d’inverser ce processus d’oxydation, en reliant au rideau de palplanches une anode métallique, dont le potentiel électrique est supérieur à celui du rideau. Dans ce cas de figure, seule l’anode se corrode, laissant intact le rideau. Tant que l’anode n’est pas totalement corrodée, le rideau de palplanches est protégé.

Le CCTP impose ici une durée de vie de l’anode sacrificielle égale à 15ans.


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IV-C DIMENSIONNEMENT DE LA LIERNE

La lierne est une poutre métallique soudée au rideau de palplanches, à la cote d’ancrage des tirants, et dont le rôle est de retenir le rideau sous l’effort de poussée transmis par les tirants via les plaques d’ancrages. Elle est constituée d’éléments longs de 12m, afin de faciliter leur transport jusqu’au site.


Un premier calcul a consisté à définir la charge linéique sollicitant la lierne aux ELU. L’effort de traction des tirants pour une zone d’influence de 2,8ml a été notre point de départ. Cette charge est celle qui a été prise en compte pour l’ensemble des calculs suivants :

Effort de traction des tirants, pour 2,80ml de zone d’influence : !!" = !""#,!"#!!"

Sollicitation appliquée à la lierne, pour 1,00ml :!!!" = !"#,!"!!!"/!"

Ensuite, nous avons choisi pour section d’acier de la lierne à vérifier, celle proposée dans le dossier de pré-étude fourni. Cette section se compose de 2 profilés HEM 240. Voici leurs caractéristiques :

Aire : ! = !"",!"!!"! Moment quadratique : !! = !"!!"#!!"!

Aire de cisaillement : !!" = !"#,!"!!"! Moment élastique plastique : !!",! = !"#!!!"!

! Etude des sollicitations de la lierne (sous RDM6)

En pré-étude, nous avons considéré que la lierne était discontinue. Cela nous a amené à modéliser 4 cas récursifs sous RDM6.

Ces 4 cas représentent la disparité possible des longueurs de lierne en porte à faux, plus ou moins importantes aux extrémités. Cette importance dépend de la répartition de la poutre sur ses appuis que sont les tirants.

Chaque cas a été modélisé sous le logiciel Rdm6. Néanmoins, les sollicitations trouvées ont été très importantes sur l’un des ces 4 cas (1143,27 kN d’Effort Tranchant Sollicitant et 1368,67 kN.m de Moment Fléchissant Sollicitant).

C’est pourquoi nous avons choisi de souder sur le chantier les liernes de 12m, afin de créer une poutre continue avec un nombre d’appuis important, et de réduire nos valeurs de sollicitations.

La dernière modélisation sous RDM6 a donc été celle d’une lierne continue sur 10 appuis, pour une longueur totale de 25,20 m. Les sollicitations qui en sont ressorties sont celles qui ont été considérées dans les calculs visant à vérifier, selon l’Eurocode 3 la résistance de la section de calcul de la lierne.


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! Pour la lierne (2 HEM 240) sur 10 appuis et 9 entraxes de 2,80m :

Image 2 : Déformée de la lierne continue sur 10 appuis

Déplacement maximal horizontal de !,!"#!!! en !! = !!",!"#!!

Image 3 : Diagramme d'Effort Tranchant de la lierne continue sur 10 appuis

Effort Tranchant Sollicitant : !!" = !"#,!"!!" en ! = !,!"!!


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Image 4 : Diagramme de Moment Fléchissant de la lierne continue sur 10 appuis

Moment Fléchissant Sollicitant : !!" = !"!,!"!!".! en ! = !,!"!!

! Vérification de la section de calcul selon l’Eurocode 3

Vérification de résistance au Cisaillement (Vz) :

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!"#$!!"!!"#$#%&!:!!",!!%!La section de la lierne (2 HEM 240) rempli donc le critère ELU de résistance à

l’effort de cisaillement.

Vérification de résistance à la Flexion Simple (Vz + My) :

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Cette inégalité rend compte de la non-prise en compte de l’Effort Tranchant Sollicitant Ved dans le calcul visant à vérifier la résistance à la Flexion de la section de la lierne aux ELU.


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Vérification de résistance à la Flexion Pure (My) :

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!"#$!!"!!"#$#%&!:!!",!"%!La section de la lierne (2 HEM 240) rempli donc le critère ELU de résistance à

l’effort de Flexion Pure.

Conclusion : La section 2 HEM 240 rempli les critères de résistance aux ELU. Elle convient tout à fait pour notre Lierne.

! Protection contre la corrosion de la lierne

La protection anticorrosion de la lierne est assurée par la prise en compte d’une surépaisseur sacrificielle, égale à la surépaisseur maximale fixée par l’Eurocode 3.5 pour le rideau de palplanches, soit 3,75mm.

Le système de raisonnement a été le même que pour le rideau de palplanches : il a fallu vérifier qu’une section réduite par corrosion résisterai aux efforts sollicitants.

A partir de la section d’un HEM 240 dessiné sous Autocad, nous avons déterminé l’aire de cisaillement d’un profilé HEM dont l’épaisseur du pourtour aurait été réduite par corrosion de 1,875mm (soit au total 3,75mm). Cette aire est égale à 42,12 cm2

A partir de cette aire de cisaillement réduite, nous avons choisi dans notre catalogue des profilés, un HEM dont l’aire de cisaillement est inférieure à cette valeur. Notre choix s’est porté sur un profilé HEM 200, d’aire de cisaillement égale à 41,03 cm2. On peut également noter que cette simplification est possible grâce au calcul du Moment Résistant Plastique du profilé HEM 240 corrodé, qui est supérieur au moment plastique du profilé HEM 200 :

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Enfin, nous avons cherché à vérifier les critères ELU et ELS pour une lierne composée de 2 profilés HEM 200, afin de vérifier que, si la lierne faite de 2 profilés HEM 240 se corrode, elle résistera aux efforts la sollicitants.

Vous trouverez en Annexes le plan Autocad (Section réduite par corrosion d’un HEM 240)


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! Vérification de la section de calcul corrodée (2 HEM 200)

Efforts sollicitants de la lierne corrodée :

La valeur de l’Effort Tranchant Sollicitant reste inchangée : !!" = !"#,!"!!" en ! = !,!"!!

Le Moment Fléchissant Sollicitant reste inchangé : !!" = !"!,!"!!".! en ! = !,!"!!

Pour la section composée de 2 HEM 200 :

Aire : ! = !"!,!"!!"!

Moment quadratique : !! = !"!!"#!!"!

Aire de cisaillement : !!" = !",!"!!"!

Moment élastique plastique : !!",! = !!"#!!"!

Image 5 : Diagramme des déformations de la lierne corrodée

Déplacement maximal horizontal de !,!"#!!! en !! = !!",!"#!!

Vérification de résistance au Cisaillement (Vz) :

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La section de la lierne corrodée (2 HEM 200) rempli donc le critère ELU de résistance à l’effort de cisaillement.

Vérification de résistance à la Flexion Simple (Vz + My) :

!,! ∙ !!",!" = !,! ∙ !!!" ⋅!!

! ∙ !!"= !",!" ⋅ !"! ∙ !"#! ∙ ! = !!",!"!!"! ≤ !!!" = !"#,!"!!"

On doit donc prendre en compte de l’Effort Tranchant Sollicitant Ved dans le calcul visant à vérifier la résistance à la Flexion de la section de la lierne corrodée aux ELU.

Calcul de !!,!" :

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La section de la lierne corrodée (2 HEM 200) rempli donc le critère ELU de résistance à l’effort de Flexion.


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IV-D DIMENSIONNEMENT DES CORDONS DE SOUDURES

Le dimensionnement des cordons de soudure est nécessaire afin de s’assurer que les liernes resteront soudées aux palplanches, sous les efforts sollicitants le rideau.


Un premier calcul a consisté à déterminer la profondeur de gorge a, qui caractérise approximativement à la hauteur du cordon de soudure.

Cette valeur est déterminée de manière forfaitaire : elle correspond à 50% de la plus faible épaisseur de l’un des deux éléments que la soudure réunie. Pour notre étude, elle correspond à l’épaisseur de l’âme des palplanches, qui est de 15,0 mm.

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Un deuxième calcul a consisté à déterminer la longueur moyenne du cordons de soudures à réaliser pour un mètre linéaire de rideau. Cette longueur a été estimée à partir du schéma du profil de la palplanche retenue AZ 44-700N (Cf. Schéma 5).

Pour 1,40m de palplanche, il y a 0,425m sur lesquels le cordons de soudure peut être réalisé. Soit, pour 1,00m de palplanche, on peut réaliser en moyenne 0,304m de cordons de soudure.

La section retenue des liernes est constituée de deux profilés HEM 240. Ces deux profilés sont soudés aux palplanches à l’aide de deux cordons de soudure. Ainsi, pour 1,00 mètre linéaire de palplanche, il y a en moyenne : !! ∙ !!! ∙ !!,!"#! = !!,!"#!!" de cordons de soudure pour fixer la lierne au rideau.

Schéma 5 : Profil de la palplanche 44-700N


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! Vérification de la Résistance du cordon de soudure selon l’Eurocode 3

Vérification de la Résistance du cordon de soudure par ml de palplanche :

La résistance de calcul de la soudure d’angle pour 1ml de cordon de soudure a été déterminée à l’aide de la formule suivante :

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!! ∙ !!!" ∙ !! =! ∙ !"#

!,! ∙ !,!" ∙ ! ! = !""#,!!!!!/!"!

Et pour 1,00ml de palplanche, ce qui équivaut à 1,00ml de lierne, la Résistance des cordons de soudure est de :

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Ainsi, les cordons de soudure vérifient très largement le critère de résistance aux ELU. La valeur de a = 8,0mm est donc valide.

IV-E DIMENSIONNEMENT DU CONTRE RIDEAU

Le contre rideau de palplanche permet l’ancrage des tirants posés du quai Nord, pour lesquels le rattachement sur l’ancien ouvrage est impossible, du fait de sa trop forte proximité avec le nouveau rideau. (Cf. Phasage Quai Nord)


La première étape du dimensionnement du contre rideau a consisté à le modéliser. Le choix a été de le considérer, au vu de sa courte longueur et de son rôle, de le considérer comme une poutre bi-articulée, au milieu de laquelle un effort de traction est appliqué par le tirant. Cet effort sollicitant a été déterminé auparavant aux ELU (Cf. Dimensionnement des tirants d’ancrage) et à pour valeur : !!" = !""#,!"!!"

Ainsi, les formules de l’effort tranchant et du moment fléchissant sollicitants sont les suivantes, L étant la longueur fournie du contre rideau, soit 3,00m :

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Souhaitant simplifier au maximum les références des palplanches à implanter sur le chantier, nous sommes partis dans l’idée de vérifier que la palplanche AZ 24-700 vérifie les critères de résistance aux ELU selon l’Eurocode 3.5 sous ces sollicitations.

Si c’est le cas, la palplanche AZ 24-700 sera considérée comme le rideau corrodé, et ainsi, la palplanche AZ 44-700N, choisie pour le rideau de palplanches, conviendra parfaitement pour le contre-rideau, en permettant de prendre en compte la surépaisseur sacrificielle liée à la corrosion, qui est de 3,75mm.

! Vérification à l’Eurocode 3.5 de la palplanche AZ 24-700

Références de la palplanche AZ 24-700

Référence AZ 24-700 S430 GP (Cf. Doc. Technique Arcelor Mittal)

Section 174,10 cm2/ml

h 459 mm

fy 430 MPa

tw 11,2 mm

fu 510 MPa

tf 11,2 mm

Iy 55820 cm4/ml


ΥM2 1,25





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Et donc vis-à-vis de l’intéraction Vz / My, la vérification doit être plus poussée, et la valeur de calcul du moment fléchissant résistant de la section transversale doit être réduit.


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Calcul du Moment fléchissant résistant réduit de la section transversale

MV,Rd : valeur réduite de calcul du moment fléchissant résistant de la section transversale

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!"#$!!"!!"#$#%&!:!!",!"%!La palplanche AZ 24-700 vérifie bien le critère ELU de résistance à la flexion.


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La palplanche AZ 24-700 vérifie bien le critère ELU de résistance au cisaillement.


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La vérification de résistance au voilement par cisaillement de l’âme des palplanches AZ 24-700 n’est donc pas nécessaire dans notre cas de figure.

! Conclusion sur le dimensionnement du contre-rideau

Ainsi, le modèle de palplanche AZ 24-700 ayant vérifié l’ensemble des ELU sous les sollicitations déterminées pour le contre-rideau, notre choix final de contre-rideau s’est donc porté comme prévu sur le modèle de palplanche choisi pour le rideau principal, à savoir AZ 44-700N. Ceci nous a permis de prendre en compte la protection anticorrosion du contre-rideau via une surépaisseur sacrificielle de 3,75mm, tout comme nous l’avions fait lors du dimensionnement du rideau de palplanche principal.


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V LISTE DES ANNEXES

V-A PLAN DE PHASAGE DU QUAI DARSE

V-B PLAN DE PHASAGE DU QUAI DE PLAISANCE

V-C PLAN DE PHASAGE DU QUAI NORD

V-D FICHE TECHNIQUE BOA BARGE

V-E FICHE TECHNIQUE PLAQUE VIBRANTE

V-F PRE-ETUDE DES ECOULEMENTS (TIRANT A +5.00 C.M)

V-G ETUDE DES ECOULEMENTS (TIRANT A +4.00 C.M)

V-H DIMENSIONNEMENT DES TIRANTS D’ANCRAGE

V-I DIMENSIONNEMENT DU RIDEAU DE PALPLANCHES

V-J DIMENSIONNEMENT DE LA LIERNE

Documents

Project Graduation Report