Journée COTITA
Ouvrages d’art destinés aux “modes doux”
www.developpement-durable.gouv.fr
Ministère de l'Écologie, de l'Énergie,du Développement durable et de l'Aménagement du territoire
Etude dynamique de la passerelle “La Ralentie” à Rennes
B. Thauvin, CETE de l’OuestP. Charles, SETRA
22
Présentation du contexte
Passerelles piétonnes de plus en plus élancées, de plus en plus souples et de plus en plus légères (effets esthétiques)
Grande sensibilité vis-à-vis des déformations
Piétons : actions dynamiques de faible intensité
Amplitude de mouvement important- en général non préjudiciable pour la structure- mais sensation d’inconfort pour les usagers
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Présentation du contexteStade de Rennes
Parkings
Passerelle La Ralentie : seul passage piéton depuis le stade
jusqu’au parking.
Plainte des usagers :Oscillations inconfortablesde la passerelle
44
Présentation du contexte
Avant le match :le stade se remplit en environ 2h avec une période de fort passage 45 minutes avant matchLa densité est importante. La passerelle vibre, sans que cela soit gênant.
Après le match :le stade se vide en ~30 minutes. La densité est de l’ordre de 2 piétons /m². Le mouvement est lent.D’importantes vibrations horizontales sont ressenties. Elles sont très gênantes mais n’engendrent pas de panique.
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Présentation de l’ouvrageStructure métallique de type poutre-échelle
Tirants reliant le haut des montants sur culée au bas des montants aux tiers de travée.
Profil structurel en U souple en torsion.
Ensemble peu contreventé
66
Présentation de l’ouvrage
Platelage inférieur : réseau de poutres perpendiculaires.Quelques tubes de contreventement mal disposés et n’assurant qu’un contreventement partielPlatelage en bois
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Objectifs de l’étude dynamique
Consultation lancée par la ville de Rennes
Réponse commune CETE de l’Ouest / SETRA
• Comprendre le phénomène- Par le calcul (modélisation)
- Par les mesures le soir d’un match à grand enjeu (instrumentation)
Rennes – PSG, mai 2006
Stade de Rennes : 31000 places (sans doute plein ce jour, Rennes était 3ème à l’époque)
• Proposer des solutions pour régler définitivement le problème
- Amortisseurs dynamiques
- Renforcement de la structure
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Calculs dynamiques
Détermination des modes propres et accélérations
• Détermination des modes propres et fréquences propres
• Calculs d’accélération selon « guide passerelles SETRA»
99
Calculs dynamiques
Mode 1 Torsion Flexion latérale
A vide f = 2,19 Hz
Avec piétons f = 2,06 Hz
Mode 2 Flexion verticale
A vide f = 3,45 Hz
Avec piétons f = 3,10 Hz
1010
Calculs dynamiques
Mode 3 Torsion Flexion latérale
A vide f = 3,77 Hz
Avec piétons f = 3,47 Hz
Mode 4 Torsion Flexion latérale 2 ondes
A vide f = 4,27 Hz
Avec piétons f = 4,12 Hz
1111
Calculs dynamiques
Conclusion de l’étude des modes propres
• Mode n°1Fréquence correspondant presque parfaitement à une fréquence moyenne de marche des piétons.
C’est l’action verticale des piétons principalement qui excite la passerelle en torsion
Du fait du couplage torsion-flexion latérale, la passerelle réagit surtout par une accélération horizontale très gênante.
• Autres modesA priori moins gênants car à des fréquences supérieures à 3Hz
Peuvent s’avérer gênants dans certains cas particuliers
1212
Calculs dynamiques
Application du Guide SETRA pour le mode 1
Classe 1 : Passerelles très fréquentées
Classe 2 : Passerelles moyennement fréquentées
Accélération Calcul Seuil
Verticale 1,70 m/s² 1 m/s²
Horizontale 3,77 m/s² 0,2 m/s²
Accélération Calcul Seuil
Verticale 0,56 m/s² 1 m/s²
Horizontale 1,24 m/s² 0,2 m/s²
Qqs la classe, les accélérations verticales sont très inconfortables
1313
Calculs dynamiques
Application du Guide SETRA pour le mode 1Utilisation d’un « modèle de foule » plus réaliste :Foule aléatoire composée d’1 piéton/m² dont la fréquence et la phase de chaque piétons sont tirées aléatoirement.
Acc
élér
atio
n (m
/s²)
Temps (s)
1414
Instrumentation, mesures
Objectifs :-- Calibrer, ajuster le modèle de calcul théorique-- Mesurer les accélérations réelles et les fréquences
capteurs « géophones »
1515
Instrumentation, mesures
1616
Instrumentation, mesures
Mesures réalisées
• Avant match :Enregistrement continu des vibrations
Pendant match :Essais de caractérisation (pas de piétons sur ouvrage)
Excitation des modes propres par 2-3 piétons par métronome
Arrêt de l’excitation et mesure du coefficient d’amortissement par décrément logarithmique.
Après match :Enregistrement continu des vibrations
1717
Instrumentation, mesures
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
20,00
40,00
60,00
20,0
1
20,5
0
20,9
9
21,4
7
21,9
6
22,4
5
22,9
4
23,4
3
23,9
2
24,4
0
24,8
9
25,3
8
25,8
7
26,3
6
26,8
5
27,3
3
27,8
2
28,3
1
28,8
0
29,2
9
29,7
8
30,2
6
30,7
5
31,2
4
31,7
3
32,2
2
32,7
0
33,1
9
33,6
8
34,1
7
34,6
6
35,1
5
35,6
3
36,1
2
36,6
1
37,1
0
37,5
9
38,0
8
38,5
6
39,0
5
39,5
4
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
0,25
0,45
0,65
0,85
1,05
1,25
1,45
1,65
1,85
2,05
2,25
2,45
2,65
2,85
3,05
3,25
3,45
3,65
3,85
4,05
4,25
4,45
4,65
4,85
5,05
5,25
5,45
5,65
5,85
Pic à 2,20 Hz
y = 40,522e-0,005x
R2 = 0,9938
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
45,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00
Mode 1 :Fréquence exacte 2,2 Hz (Calcul à vide : 2,19Hz !)Amortissement : 0,5 %
Détermination du coeff. d’amortissement
1818
Instrumentation, mesuresA
ccél
érat
ion
(m/s
²)
Temps (s)
Fréquence (Hz)
Enregistrement après match (passage de la foule)
1919
Instrumentation, mesures
Conclusions de l’instrumentation
• Résultats horizontaux Accélérations horizontales :
- sur platelage : amax = 1m/s² (soit 7mm d’amplitude),
- Membrures spérieures : amax = 2m/s² (soit 14mm amplitude)
~ 25 minutes de durée de dépassement du seuil de confort de 0,2m/s²
• Résultats verticaux Accélérations verticales de 0,6m/s² (restent dans la limite du confortable et en pratique non ressenties)
2020
Enseignements
Mode 1 (2,1 Hz) très sollicité (par des forces verticales sollicitant l’ouvrage en torsion avec mouvements latéraux)
Autres modes non sollicités
Sollicitation des piétonsCas général Foule (grande densité et
marche lente)1,6 à 2,4 Hz 1,2 à 1,8 Hz
Cas de la passerelle « La Ralentie » :
Sollicitations aux alentours de 1,7 Hz (à comparer à fo = 2,1 Hz)
Les accélérations auraient pu être beaucoup plus élevées si la passerelle avaient été plus souple ...
2121
Renforcement : plusieurs optionsSituation précédente
- Invisible, mais obligation de démonter le platelage et les diagonales- fréquences de 2,05 à 2,8 Hz
Option 1 : renforcement du platelage
- fréquence de 2,05 à 3,2 Hz - visible, mais pas de démontage du platelage
Option 2 : renforcement des membrures supérieures
- fréquence de 2,05 à 3,6 Hz
Option 3 : renforcement platelage et membrures supérieures
2222
Suites de l’étude
Marché de Moe (études, travaux) puis marché travaux :-Tranche ferme : Renforcement du platelage inf.-Tranche conditionnelle : Renforcement des membrures sup.
Affermissement tranche conditionnelle :
Contrôle comportement vis-à-vis des seuils d’inconfort
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Pour éviter la fermeture d’une passerelle peu de temps après son inauguration …
Solferino, Paris Millenium, Londres
… Prise en compte du comportement dynamique lors de la conception !