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Dimensionnement des voies de tramway
LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 DIMENSIONNEMENT DES VOIES DE TRAMWAY J.-M. Balay, LCPC J.-M. Balay, LCPC Page 2/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 PLAN Diversité des structures Tramway sur rails Spécificités influençant le choix du modèle Modèle de dimensionnement proposé Conclusions J.-M. Balay, LCPC Page 3/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 De nombreux projets de création ou d’extension de réseaux existants Paris Solution moderne de transport urbain, les tramways de nouvelle génération sont aujourd'hui présents ou en projet dans la majorité des grandes agglomérations françaises. Source: RATP J.-M. Balay, LCPC Page 4/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Dimensionnement des structures pour voie tramways, enjeux: – Optimisation des épaisseurs Æ Gains sur les volumes de matériaux : déconstruction des structures en place – évacuation des déblais, matériaux utilisés pour la construction de la nouvelle voie… Gains sur les déviations des divers réseau enterrés. – Favoriser la conception de nouvelles structures et l’emploi de nouveaux matériaux, dans la logique du DD. J.-M. Balay, LCPC Page 5/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Diversité des structures pour tramways sur rails Nantes J.-M. Balay, LCPC Nantes Page 6/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 La structure standard tout-béton avec traverses bi-bloc Pose des traverses sur fondation en béton maigre B25 J.-M. Balay, LCPC Réglage X, Y, Z de la voie (tirefonds) Page 7/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 La structure standard tout-béton avec traverses bi-bloc Béton de blocage B35 Diverses solutions de revêtement, modulaire ou non Le Mans J.-M. Balay, LCPC Page 8/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Coupe type Nantes – Traverses bi-bloc bétonnées (B35) 18cm 23cm 8 60cm 19cm (PF2-50MPa) (B15) Coupe type, Sémitan - Nantes Variantes: - Montpellier et Toulouse: béton type A remplacé par Béton compacté routier - Strasbourg (voie de dépôt): béton type A remplacé par EME2 9 cm J.-M. Balay, LCPC Page 9/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Dalle flottante anti-vibratile Nantes – pose classique Sylomer ép= 28 mm Coupe type, Sémitan - Nantes J.-M. Balay, LCPC Page 10/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Dalle flottante anti-vibratile Nantes – pose sur plots Plot anti-vibratile Coupe type, Sémitan - Nantes J.-M. Balay, LCPC Page 11/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Pose continue asphalte sur grave-bitume - Nantes Coupe type, Sémitan - Nantes J.-M. Balay, LCPC Page 12/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Pose continue asphalt sur grave-bitume (pose «Dortmund») Dusseldorf J.-M. Balay, LCPC Page 13/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Axe voie Pose discontinue sur selles Coupe type – dessin ALSTOM J.-M. Balay, LCPC Page 14/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Pose discontinue sur selles ALSTOM : machine Slipform à coffrage glissant avec pose automatisée des selles support de rail dans le béton frais Æ La Rochelle, Jérusalem, Alger, Reims … J.-M. Balay, LCPC Page 15/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Pose continue: exemple CDM Préfarail 1- Rail Ri60N 2- Foundation concrete layer B15 3- Rail fixing concrete B30/35 4- Finishing layers 5- PREFARAIL jacket – Material CDM-49 6- Resilient mat type DFMA-L13/RR 7- Element of GSG lost in concrete 8- Tarmac 9- Pavement J.-M. Balay, LCPC Variante: rail scellé dans poutre préfabriquée Page 16/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Pose continue: machine à coffrage glissant pour le coulage de la dalle de voie Système Corklast, … J.-M. Balay, LCPC Page 17/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Carrefour : dalles préfabriquées Æ Accélérer les délais de remise en service de la voirie urbaine RATP, Tramway TMS J.-M. Balay, LCPC Page 18/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Autres types de voie tramway Nombreuses alternatives à la voie tout-béton sur traverses bi-bloc, en France et en Europe. Par exemple: Pose sur longrines béton armé/grave-ciment: RATP ligne T1 SaintDenis-Sarcelles Pose sur ballast: Nantes ligne 1 … Nota: Voie en béton non armé: souvent considérée à l’étranger comme une spécificité française. Incompatible avec les réglementations en usage dans divers pays, non envisagée par l’EUROCODE 2 «Calcul des structures en béton» Æ Ferraillage de la dalles de voie exigée dans différents projets réalisés à l’étranger par les constructeurs français. J.-M. Balay, LCPC Page 19/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 A signaler : Documentation CERTU: Plates-formes de Tramway – Pathologie et Conception, CERTU et LROP Tome 1 Matériaux modulaires (2004) Tome 2 Matériaux non modulaires (à paraitre) J.-M. Balay, LCPC Page 20/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Spécificités des structures Tramway (1/2) – Structures très diversifiées, à comportement 3D discontinu – De nombreuses singularités : massifs LAC, regards, multitubulaires, carrefours avec voirie urbaine … Æ Succession de « petits chantier » : techniques à haut rendement de construction routière en rase campagne non directement applicables: par ex. traitement en place des sols, emploi du BCR … Æ Deux niveaux de qualité des matériaux pour assises, cf. Guides CERTU et logiciel StructUrb : Qualité Q1, conforme à la normalisation Qualité Q2 : conditions de réalisation «dégradées», en raison de phasages travaux compliqués, exiguïté des chantiers, diverses contraintes urbaines ... Æ abattement : – 10% sur les modules de rigidité, – 10 à 15% sur les paramètres de fatigue J.-M. Balay, LCPC Page 21/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Exemple de singularités et émergences Multitubulaire Massif béton LAC J.-M. Balay, LCPC Page 22/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Spécificités des structures Tramway (2/2) - Application des charges roulantes par l’intermédiaire des rails Æ Canalisation totale du trafic, Distances au bord longitudinaux réduites, Pas ou peu de rotations de contraintes en pose discontinue, Pas de circulation sur les joints transversaux entre dalles Effets thermiques réduits en raison de l’épaisseur des revêtements Coefficients de discontinuité Kd routier non directement utilisables Effets dynamiques spécifiques au matériel roulant - Configurations des charges relativement bien connues (géométrie, poids) Æ pas de recours au CAM (coefficient d’agressivité moyenne) intégration explicite des histogrammes de chargement. J.-M. Balay, LCPC Page 23/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Histogrammes de chargement pour le dimensionnement: exemple Données RATP J.-M. Balay, LCPC Page 24/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Histogrammes de chargement pour le dimensionnement: exemple Données RATP J.-M. Balay, LCPC Page 25/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Données thermiques pour le dimensionnement Températures (°C) 5 55 15 25 35 Revêtement bitumineux 18cm Histogramme de gradients thermiques verticaux dans le béton de calage Béton de calage 23 cm Profondeurr (m) -5 45 Béton de fondation 19 cm 30% % Trafic 25% 20% 15% 10% 5% J.-M. Balay, LCPC 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -0.1 -0.2 -0.3 Base de données expérimentales: ex. Manège de fatigue – 12 mois de mesures θ sur structure Enrobés/béton -0.4 0% Gradient Téta (°C/cm) Æ Chargement en contraintes initiales pour le modèle EF-3D Page 26/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Définition du modèle EF-3D : pose bi-bloc Modèle EF-3D : hypothèse de fissuration transversale du béton de calage. Grenoble ligne 1: Démontage du revêtement à 23 années Apport des observations sur structures réelles pour la mise au point du modèle J.-M. Balay, LCPC Page 27/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Définition du modèle EF-3D : pose discontinue sur selles J.-M. Balay, LCPC Page 28/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Modèle de dimensionnement: transposition du modèle rationnel routier LCPC-SETRA - Calcul mécanique des sollicitations dans les bétons: MEF-3D intégrant interface avec contact unilatéral. Logiciels César-LCPC, ANSYS, CASTEM, ABAQUS … - Valeurs admissibles (fatigue) : modèle routier LCPC-SETRA (effets de discontinuité reproduits par le modèle EF-3D Æ Kd=1) - Prise en compte explicite des histogrammes de charges sur essieux (loi d’additivité de Miner) - Chargements : bogie 2 essieux + Poids propre + Thermique - Correction pour canalisation du trafic (Miner) - Coefficient de majoration dynamique (1.30 à 1.50); Cf . Mesures CTS-SEMALY-LR Strasbourg et préconisations SCNCF J.-M. Balay, LCPC Page 29/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Utilisation actuelle du modèle EF-3D couplé à la démarche rationnelle LCPC-SETRA - LCPC Maitrises d’œuvre et Engineering : Egis-Rail, Ratp, Setec, Simecsol … Entreprises (Colas, Colas-Rail, Eurovia, …): France et étranger Industriels constructeurs de matériels roulants: Alstom, Bombarbier … Industriel constructeur d’équipements ferroviaires Tramway: Vossloh … Universités : Grenoble, Lille, EC-Nantes Bureau de contrôle étranger : Grouchko (Tramway de Jérusalem), … Nota: Enumération non exhaustive Codes EF-3D généraux (non dédiés) : Abaqus, Ansys, Castem, César-LCPC, Systus … J.-M. Balay, LCPC Page 30/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Quelques vues du modèle César-LCPC Exemple de maillage: pose discontinue sur selles J.-M. Balay, LCPC Page 31/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Quelques vues du modèle César-LCPC Exemple de maillage: pose discontinue sur selles J.-M. Balay, LCPC Page 32/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Quelques vues du modèle César-LCPC 50kN/roue 50kN/roue Déformée du rail Déformée dalle de voie B35 et béton de fondation B15 Déformée de la structure sous chargement par bogie 2 essieux (200 kN) + gradients thermiques dans la dalle de voie (+0.35°C/cm) J.-M. Balay, LCPC Page 33/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Quelques vues du modèle César-LCPC Déformée de la structure sous chargement par bogie 2 essieux (200 kN) + gradients thermiques dans la dalle de voie (-0.35°C/cm) J.-M. Balay, LCPC Page 34/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Conclusions – Rationalisation de la démarche de Dimensionnement des structures Tramways: Apports reconnus par les différents acteurs du domaine, Permettant l’optimisation de ces structures et porteuse d’innovations. – Besoin en données expérimentales et retours d’expérience: Suivi des ouvrage en service, instrumentation des structures: renforcer la présence du RST (cf. Nantes, Grenoble: 25 années de recul mais données expérimentales rarissimes). Ces données sont indispensables au calage du modèle rationnel. Mieux évaluer les effets dynamiques véhicule – voie. Evaluer des solutions innovantes potentiellement économiques Apport potentiel des essais sous trafic accéléré: cf. Manège de fatigue et dalle d’essais du LCPC. J.-M. Balay, LCPC Page 35/36 LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et techniques du Génie Civil JOURNÉES TECHNIQUES ROUTES Dimensionnement des voies de tramway NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009 Remerciements: - Alstom Certu Egis-Rail Eurovia Inrets Ratp Semitan Nantes J.-M. Balay, LCPC Nantes Page 36/36
