ACTIONS SUR LES PONTS CIFP 2005

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1 ACTIONS SUR LES PONTS CIFP 2005
Jean-Armand CALGARO Ingénieur Général des Ponts et Chaussées Conseil Général des Ponts et Chaussées

2 ACTIONS SUR LES STRUCTURES
NF EN 1991 – EUROCODE 1 : ACTIONS SUR LES STRUCTURES Partie 1-1 – Actions générales - Poids volumiques, poids propres, charges d'exploitation des bâtiments

3 EN 1991-1-1 : Poids volumiques, poids propres et charges d'exploitation des bâtiments
Avant-propos Section 1 Généralités Section 2 Classification des actions Section 3 Situations de projet Section 4 Poids volumiques des matériaux de construction et des matériaux stockés Section 5 Poids propre des constructions Section 6 Charges d'exploitation des bâtiments Annexe A Tableaux des valeurs nominales des poids volumiques des matériaux de construction et des valeurs nominales des poids volumiques et des angles de talus naturel des matériaux stockés (I) Annexe B Barrières de sécurité et parapets pour parkings (I)

4 Valeurs caractéristiques du poids propre : Généralités
(P) Les valeurs caractéristiques du poids propre, des dimensions et du poids volumique doivent être déterminées conformément à l'EN 1990, Il convient de considérer que les dimensions nominales sont celles indiquées sur les plans. Dispositions complémentaires particulières pour les ponts Pour les parties non structurales, telles que le ballast sur les ponts-rails, ou le remblai sur les structures enterrées telles que les buses, et si le matériau est présumé se consolider, se saturer ou changer par ailleurs de propriétés en cours d'usage, il convient de prendre en considération les valeurs caractéristiques inférieure et supérieure du poids volumique.

5 Poids propre des constructions (cas usuels)
* Structures en béton armé et précontraint : dimensions nominales, 25kN/m3. * Structures métalliques : dimensions nominales, 77 à 78,5 kN/m3 – Adopter 78 kN/m3 Poids des équipements Pour la plupart des équipements, poids moyens ou nominaux. Pour les revêtements des ponts routiers, fourchette de : ± 20% si rechargement prévu, + 40% ; - 20% si rechargement non prévu. Le poids nominal des réseaux de conduites est majoré/minoré de ± 20%. Les valeurs caractéristiques du poids de ballast pour un pont ferroviaire sont obtenues en ajoutant ou retranchant 30% à l'épaisseur totale nominale, à spécifier.

6 Tableau A.6 – Matériaux utilisés pour les ponts
Tableau A.6 – Matériaux utilisés pour les ponts (extrait) 26 ballast basaltique 20,0 ballast normal (granite, gneiss etc.) 25,0 couche de protection en béton Revêtements des ponts-rails 18,5 à 19,5 argile corroyée 20,5 à 21,5 gabions 13,5 à 14,5 laitier concassé pierres 15,0 à 16,0 ballast, graviers (non compacté) sable (sec) Remplissages pour ponts 23,0 asphalte roulé à chaud 18,0 à 22,0 mastic d'asphalte 24,0 à 25,0 asphalte coulé et béton bitumineux Revêtements des ponts routiers Poids volumique g [kN/m3] Matériaux

7 AN 2 Application nationale de l'Annexe A
- L'Annexe A conserve, pour l'application nationale de cette norme, un caractère informatif. - L’Annexe A donne une information pratique sur les poids volumiques, de telle sorte que le produit du poids volumique indiqué par la hauteur de stockage donne pour les matériaux en vrac une valeur unitaire de la charge avant toute redistribution. Pour certains produits, comme les métaux et les liquides, il y a une forte influence des conditions de stockage. Tous les cas ne peuvent être traités et l’Annexe A donne le poids volumique de base. La charge doit alors être évaluée en tenant compte pour les métaux des vides effectifs et pour les liquides de leur conditionnement et de leurs conditions de stockage. - Pour les matériaux de construction et les équipements, des valeurs de poids volumique situées à l’intérieur des fourchettes indiquées dans les tableaux A1 à A6 doivent être spécifiées pour chaque le projet individuel. A défaut, ce sont les valeurs médianes des fourchettes qui seront utilisées dans les justifications. - Pour les matériaux et produits de stockage, des valeurs de poids volumique situées à l’intérieur des fourchettes indiquées dans les tableaux A7 à A12 doivent être spécifiées pour chaque projet individuel. A défaut, ce sont les valeurs médianes des fourchettes qui seront utilisées dans les justifications.

8 EN 1991-1-6 : Eurocode 1 Actions sur les structures
Partie 1.6 : Actions générales - Actions en cours d’exécution

9 EN 1991-1-6 : Texte voté positivement le 10 décembre 2004
Avant-propos Section 1 Généralités 1.1 Domaine d’application 1.2 Références normatives 1.3 Hypothèses 1.4 Distinction entre Principes et Règles d’Application 1.6 Symboles Section 2 Classification des actions Section 3 Situations de projet et états-limites 3.1 Généralités – identification des situations de projet 3.2 Etats-limites ultimes 3.3 Etats-limites de service Section 4 Représentation des actions 4.1 Généralités 4.2 Actions sur les éléments structuraux et non structuraux en cours de manutention 4.3 Actions géotechniques 4.4 Actions dues à la précontrainte 4.5 Pré-déformations

10 4. 6. Effets de la température, du retrait et de l’hydratation 4. 7
4.6 Effets de la température, du retrait et de l’hydratation 4.7 Actions dues au vent 4.8 Charges de neige 4.9 Actions liées à l’eau 4.10 Actions dues au givre 4.11 Charges de construction 4.12 Actions accidentelles 4.13 Actions sismiques Annexe A1 (N) : Règles supplémentaires pour les bâtiments Annexe A2 (N) : Règles supplémentaires pour les ponts A2.1 Etats-limites ultimes A2.2 Etats-limites de service A2.3 Valeurs de calcul des déformations A2.4 Charges de neige A2.5 Charges de construction Annexe B (I) : Actions sur les structures pendant les situations transitoires de projet autres que celles en cours de construction

11 Section 3 – Situations de projet et états-limites
(5) Il y a lieu d’associer à toute situation transitoire de projet sélectionnée une durée nominale égale ou supérieure à la plus grande durée prévue de la phase de construction considérée. Les situations de projet doivent tenir compte de la vraisemblance des périodes de retour correspondantes pour les actions variables (par exemple, actions climatiques). NOTE 1 Les périodes de retour pour l’évaluation des valeurs caractéristiques des actions variables en cours d’exécution peuvent être définies dans l’Annexe Nationale ou pour le projet individuel. Des valeurs recommandées des périodes de retour des actions climatiques sont fournies dans le Tableau 3.1, en fonction de la durée nominale de la situation de projet considérée.

12 NOTE 2 Une vitesse moyenne de vent minimale en cours d’exécution peut être définie dans l’Annexe Nationale ou pour le projet individuel. La valeur recommandée de cette vitesse, pour des durées allant jusqu’à 3 mois, est égale à 20 m/s. NOTE 3 Des relations entre les valeurs caractéristiques et les périodes de retour pour les actions climatiques sont fournies dans les Parties appropriées de l’EN 1991.

13 Actions du vent en cours d’exécution (suite)
Absence d’indications dans les EN ou EN pour ce qui concerne la dissymétrie des actions du vent dans les directions horizontale et verticale : cette information doit être donnée dans l’Annexe Nationale ou pour le projet individuel. L'annexe 2 de l’EN suggère une valeur du déséquilibre vertical de vent entre les deux demi-fléaux égale à 0,2 kN/m2 lorsque cette action se combine avec un déséquilibre de fléau. Sur la base d’une vitesse de vent de ans de période de retour, les ordres de grandeur des pressions différentielles verticalement et horizontalement sont : - zone en bord de mer (classe de rugosité 0) : 1 kN/m2 quelle que soit la taille du fléau ou la hauteur de pile ; - zone vallonnée (classe de rugosité II) : pression de 1,2 kN/m2 pour fléaux jusqu'à 140 m et pression de 1,5 kN/m2 pour fléaux entre 140 m et 200 m. - Les phénomènes dynamiques dépendent de la hauteur de pile et les pressions de vent équivalentes sont alors très liées à cette hauteur. Une étude affinée est conseillée au delà d’une valeur de 180 m pour l'ensemble : hauteur de pile + demi-fléau.

14 Actions dues à l’eau Intensité de la force horizontale totale Fwa (N) exercée par les courants sur la surface verticale :

15 vwa. vitesse moyenne de l'eau rapportée à sa
vwa vitesse moyenne de l'eau rapportée à sa profondeur, exprimée en m/s rwa masse volumique de l'eau, exprimée en kg/m3 h profondeur de l'eau, sans prendre en compte la profondeur d'affouillement local, exprimée en m b largeur de l’obstacle, exprimée en m k coefficient de forme k = 1,44 pour un obstacle de section carrée ou rectangulaire en plan, k = 0,70 pour un obstacle de section circulaire en plan. NOTE Fwa peut être utilisée pour vérifier la stabilité des piles de ponts et des batardeaux, etc. Une formulation plus précise peut être utilisée pour Fwa pour le projet individuel.

16 Le cas échéant, il convient de représenter l'accumulation potentielle de débris par une force Fdeb (N) et de la calculer pour un obstacle de forme rectangulaire (par exemple un batardeau), par exemple, à partir de l'expression : kdeb paramètre de masse volumique des débris, exprimé en kg/m3 vwa vitesse moyenne du débit d'eau, exprimée en m/s Adeb aire d'obstruction créée par les débris piégés et le cintre, exprimée en m2 La valeur recommandée de kdeb est égale à 666 kg/m3.

17 § 4.11 : Charges de construction
4.11.1(1) Il y a lieu de représenter les charges de construction dans les combinaisons d’actions par une action variable unique Qc comprenant, lorsqu’il y a lieu : Qca; Qcb; Qcc; Qcd; Qce; Qcf. 6 catégories de charges NOTE Le groupe de charges à prendre en compte dépend du projet particulier.

18 Charges de construction Qca
Charges dues au personnel d’exécution, à l’encadrement et aux visiteurs, avec un équipement de chantier léger Tabliers de ponts Représentées par une charge uniformément répartie Valeur recommandée : qca,k = 1,0 kN/m2

19 Charges de construction Qca (+ Qcf) en cours de bétonnage
Charges dues au personnel d’exécution, à l’encadrement et aux visiteurs, avec un équipement de chantier léger, en cours de bétonnage Les actions à prendre en compte simultanément en cours de bétonnage peuvent comprendre, s’il y a lieu, le poids du personnel d’exécution avec équipement de chantier léger (Qca), des coffrages et des éléments porteurs (Qcc) ainsi que le poids du béton frais (qui est un exemple de charge Qcf). NOTE 1 Pour le poids volumique du béton frais, voir EN tableau A1 (ajouter 1 kN/m2). NOTE 2 Qca, Qcc et Qcf peuvent être donnés dans l’Annexe nationale. NOTE 3 Des valeurs recommandées pour le béton frais (Qcf) peuvent être lues dans le Tableau 4.2 associé à la figure 4.2 et dans l’EN Tableau A1. D’autres valeurs peuvent devoir être définies, par exemple lorsque l’on emploie du béton auto-plaçant ou des produits préfabriqués.

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21 Charges de construction Qcb
Stockage d’éléments déplaçables (par ex. matériaux pour les bâtiments et de construction, éléments préfabriqués, et équipements) Représentées par une charge uniformément répartie et une charge concentrée. Les valeurs caractéristiques recommandées sont : qcb,k = 0,2 kN/m2 Fcb,k = 100 kN

22 Charges de construction Qcc
Matériels non permanents en position de fonctionnement en cours d’exécution, soit fixes (par ex. panneaux de coffrage, échafaudages, cintres, machines, conteneurs) soit déplaçables (par ex. équipages mobiles, poutres de lancement et avant-becs, contre-poids). En l’absence de toute information pour le projet considéré, le modèle recommandé est une charges uniformément répartie de valeur caractéristique recommandée : qcc,k = 0,5 kN/m2

23 Charges de construction Qcd
Machines et équipements lourds déplaçables, généralement à roues ou à chenilles (par ex. grues, ascenseurs, véhicules, chariots élévateurs, générateurs, vérins, dispositifs de levage lourds) Voir les autres Parties de l’ EN 1991 et/ou le cahier des charges du projet.

24 Qce : accumulation de matériaux de rebut, par ex
Qce :    accumulation de matériaux de rebut, par ex. excédent de matériaux de construction, déblais ou matériaux de démolition (ne concerne que les bâtiments) Qcf :   Charges dues à des parties d'une structure en phases provisoires (en cours d'exécution) avant que les actions de calcul finales ne développent leurs effets, telles que les charges dues aux opérations de levage .

25 ACTIONS ACCIDENTELLES
(P) Les actions accidentelles telles que les chocs dus à des véhicules de construction, grues, équipements ou matériaux de construction en cours de déplacement (par exemple benne de béton frais), et/ou la défaillance locale d’appuis définitifs ou provisoires, y compris les effets dynamiques, pouvant entraîner l'effondrement des éléments structuraux porteurs, doivent être prises en compte lorsqu’il y a lieu. NOTE 1 Les concentrations anormales d'équipements et/ou de matériaux de construction sur les éléments structuraux porteurs ne sont pas considérées comme des actions accidentelles. NOTE 2 Les effets dynamiques peuvent être définis dans l'Annexe Nationale ou pour le projet individuel. La valeur recommandée du coefficient de majoration dynamique est égale à 2. Dans des cas spécifiques, une analyse dynamique est nécessaire.

26 Il est recommandé de définir et de prendre en compte, le cas échéant, l'action due aux chutes d'équipements sur ou à partir d'une structure, y compris les effets dynamiques. Il y a lieu d'évaluer les effets des actions décrites dans les paragraphes ci-dessus afin de déterminer la possibilité de déclencher un mouvement de la structure ; il y a lieu, aussi, de déterminer l'ampleur et l'effet de tout mouvement de ce genre, et d’évaluer la possibilité d'un effondrement progressif.

27 Cas des ponts poussés

28 EN1991-1-3 – EUROCODE 1 ACTIONS SUR LES STRUCTURES CHARGES DE NEIGE
1. Section 1 Généralités 2. Section 2 Classification des actions 3. Section 3 Situations de projet 3.1. Généralités 3.2. Conditions normales 3.3. Conditions exceptionnelles 4. Section 4 Charge de neige sur le sol 4.1. Valeurs caractéristiques 4.2. Autres valeurs représentatives 4.3. Traitement des charges de neige au sol exceptionnelles

29 5. Section 5 Charge de neige sur les toitures
5.1. Nature de la charge 5.2. Dispositions de charges 5.3. Coefficients de forme des toitures 6. Section 6 Effets locaux 6.1. Généralités 6.2. Amoncellements en présence d’obstacles 6.3. Neige suspendue en débord de toiture 6.4. Charges de neige sur les dispositifs de retenue et les obstacles ANNEXE A Coefficients de forme pour charges de neige pour accumulations exceptionnelles de neige (N) ANNEXE B Carte européenne de charge de neige au sol (I) ANNEXE C Ajustement de la charge de neige au sol en fonction de la période de retour (I) ANNEXE D Poids volumique apparent de la neige (I) ANNEXE E Situations de projet et dispositions de charges pour les projets individuels (I)

30 Actions sur les structures Partie 1-4 : Actions du vent
EN Eurocode 1 Actions sur les structures Partie 1-4 : Actions du vent

31 SOMMAIRE Avant-propos Section 1 – Généralités
Section 2 – Situations de calcul Section 3 – Modélisation des actions du vent Section 4 – Vitesse et pression aérodynamique Section 5 – Actions du vent Section 6 – Coefficient structural cscd Section 7 – Coefficients de pression et de force Section 8 – Actions du vent sur les ponts Annexe A (I) – Effets du terrain Annexe B (I) – Procédure 1 de détermination du coefficient structural cscd Annexe C (I) – Procédure 2 de détermination du coefficient structural cscd Annexe D (I) – Valeurs cscd pour les différents types de structures Annexe E (I) - Détachedment tourbillonnaire et instabilités aéroélastiques Annexe F (I) - Caractéristiques dynamiques des structures

32 Vent et pression dynamique
Réduction pour construction temporaire Vitesse de base Réduction pour direction de vent peu fréquente Vitesse moyenne, à 10 m au dessus du sol, en rase campagne ; période de retour 50 ans – Carte nationale

33 Carte des vents forts en France :
Déjà présente dans les NV65 (depuis déc. 1999), mais avec des niveaux de vitesses inférieurs

34 De la vitesse moyenne de base à la pression de pointe à la cote z
de référence (10m) Coefficient d’exposition kl = Coefficient de turbulence (=1,0) Vitesse moyenne à la cote z Paramètre de rugosité Coefficient de rugosité

35 Catégories de rugosité de terrains (EN 1991-1-4, Annexe A)
Catégorie I : Bord de lacs, zones sans obstacles avec une végétation négligeable Catégorie II : Zones avec une végétation basse et des obstacles isolés (arbres, bâtiments) espacés d ’au moins 50 fois leur hauteur Catégorie III : Zones avec un couvert régulier de végétation ou de bâtiments ou d’obstacles isolés espacés d’au plus 20 fois leur hauteur (villages, forêt permanente) Catégorie IV : Zones dont au moins 15% de la surface est construite, avec des bâtiments dont la hauteur moyenne dépasse 15 mètres Catégories de rugosité de terrains (EN , Annexe A) Catégorie 0 : Mer, côte en bordure de mer ouverte

36 Catégorie de terrain z0 (m) zmin (m) 0,003 1 I 0,01 II 0,05 2 III 0,3
0,003 1 I 0,01 II 0,05 2 III 0,3 5 IV 1,0 10 zmax = 200 m

37 ce(z) coefficient d’exposition (sans effet d’orographie)
catégories de terrain z en mètres hauteur au-dessus du sol ce(z) coefficient d’exposition (sans effet d’orographie)

38 Pressions aérodynamiques sur les parois Forces aérodynamiques
Actions du vent turbulent Pressions aérodynamiques sur les parois Pression extérieure Pression dynamique de pointe (à la cote de référence ze Coefficient de pression ou de force (Chap. 7 et 8) Pression intérieure Aire de référence Coefficient structural Forces aérodynamiques et

39 ¨ Champ d’application pour les ponts
Ponts dont la portée déterminante est inférieure à 200 m (sous réserve de stabilité aérodynamique) Tabliers uniques de hauteur constante et de section « classique » Ne sont pas (totalement ou partiellement) couverts : les vibrations de torsion, les vibrations des tabliers dues à la turbulence transversale du vent les ponts à câbles, les ponts en arc, les ponts avec toiture, les ponts mobiles, etc. les vibrations excitant d’autres modes que le mode fondamental.

40 Exemples de sections couvertes par l’Eurocode

41 1. Actions directes du vent turbulent : (vent de référence)
¨          Actions du vent 1. Actions directes du vent turbulent : (vent de référence) pressions et forces aérodynamiques de « pointe » : traitées par l’EN effets dynamiques (excitation des modes propres) : traités à l’annexe E informative, pour le mode fondamental parallèle au vent 2. Effets des tourbillons alternés : (vitesse critique) traités à l’annexe E informative (E.1) 3. Effets des forces aéroélastiques : (vitesse critique) traités à l’annexe E informative (E.2 pour le « galop » classique, E.3 pour le galop d’interférence, E.4 pour la divergence et le flottement)

42 Pression dynamique de pointe à la cote z
Pression dynamique de base ce(z) coefficient d’exposition Forces aérodyna-miques Coefficient de force Aire de référence Coefficient structural

43 Simplifications recommandées dans le cas des ponts
Référentiel du tablier Altitude de référence Hauteurs prises en compte pour le calcul de Aref,x d* = 2 m ; d** = 4 m

44 Hauteurs à prendre en compte pour Aref,x

45 Dans les cas courants cdircsaison = c0(z) = 1

46 Méthode simplifiée b/dtot ze  20 m ze = 50 m  0,5 5,7 7,1  4,0 3,1 3,8 Valeurs de C La méthode simplifiée correspond aux hypothèses suivantes : Terrain de catégorie 2 * cf,x calculé selon graphique * c0 = 1 (coefficient d’orographie) * kI = 1 (facteur de turbulence) Interpolation admise pour valeurs intermédiaires

47 Valeurs recommandées : Cf,z = ± 0,9