Bonsoir !

Je vous présente ce sujet : Choc de bateau sur une pile de pont.

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A discuter.

Cordialement.

Le choc éventuel d'un bateau sur un appui en rivière est assimilé à l'action d'une force horizontale appliquée au niveau des plus hautes eaux navigables.

On admet que cette force est parallèle au sens du courant (choc frontal) ou bien perpendiculaire à celui-ci (choc latéral). Cette définition est accompagnée des valeurs numériques à prendre en compte suivant les catégories de voies navigables :

Voie à grand gabarit (catégorie A)

Choc frontal = 8000KN

Choc latéral = 1600 KN

Voie à petit gabarit (catégorie

Choc frontal = 1000KN

Choc latéral = 200 KN

Pour les voies à grand gabarit, la manière suivant laquelle est pris en compte un éventuel choc de

bateau, en particulier un choc frontal, influe sensiblement sur le dimensionnement général des appuis concernés. on procède comme suivant :

1. Définition des actions et des combinaisons d'actions à considérer dans ce cas particulier.

2. Répartition du choc frontal d'un bateau entre les différents appuis du pont par l'intermédiaire du

tablier.

3. Justification de la sécurité en considérant les états-limites ultimes de rupture du sol et de résistance

des éléments constituant l'appui.

Les appuis en rivière soumis aux chocs de bateaux sont fondés, soit sur un massif, soit sur puits de grand diamètre (éventuellement barrettes). Cette distinction intervient pour le calcul des souplesses transversales des appuis et pour la considération de l'état-limite ultime de rupture du sol.

Actions et combinaisons d'actions :

Le choc de bateau sur un appui en rivière est une action accidentelle dont les valeurs nominales, suivant

la catégorie de la voie navigable et la direction du choc, ont été rappelées dans l'introduction.

Les combinaisons d'actions à envisager sont des combinaisons accidentelles comprenant l'action

accidentelle du choc de bateau et les actions de longue durée compatibles avec celle-ci.

Les actions de longue durée à retenir sont les suivantes.

a) Actions permanentes prises en compte avec leur valeur probable :

— poids propre des éléments de la construction ;

— poussée d'Archimède sur les parties immergées sous le niveau des plus hautes eaux navigables ;

— poids des équipements fixes du tablier ;

— réaction hyperstatique de précontrainte ;

— action engendrée par le retrait et le fluage du béton du tablier ;

— action hydrodynamique du courant sur les parties immergées de l'appui

Parmi ces actions les trois dernières sont de faible importance et la dernière est souvent négligeable.

Actions cycliques prises en compte avec leur valeur de longue durée.

Il s'agit des variations de température qui provoquent des dilatations linéaires relatives de + 2.10"4 et

-2,5.10^.

c) Actions intermittentes

En principe les charges climatiques (vent, neige) et les charges d'exploitation ne sont pas à prendre

en compte.

La sollicitation totale pondérée est : (G) + (T) + 1,2(CB)

avec :

(G) sollicitation due à la charge permanente ;

(T) sollicitation due aux effets de la température et du retrait ;

(CB) sollicitation due au choc de bateau.

Dans le cas où un affouillement est possible autour de la fondation de l'appui concerné par le choc de

bateau, ce qui est le cas général pour les alluvions (sables, graviers), on définit deux situations en fonction des observations locales et éventuellement au moyen de formules théoriques :

— une situation d' affouillement courant, dite « affouillement probable », considérée comme une

situation de longue durée pour la formation des combinaisons d'action ;

— une situation d' affouillement extrême, dite « affouillement accidentel », considérée comme étant

nécessairement d'assez courte durée pour ne la faire coïncider qu'avec des actions de longue durée

et la seule action de courte durée due à l'eau (déjaugeage et action hydrodynamique).

La justification d'une pile de pont sous choc de bateau doit être conduite dans la situation d' affouillement probable.

REPARTITION D'UN CHOC FRONTAL DE BATEAU ENTRE LES APPUIS DU PONT PAR LE TABLIER

La pile soumise à un choc frontal de bateau transmet une partie de l'effort aux autres appuis de l'ouvrage par l'intermédiaire du tablier. Cet effet est favorable à la stabilité et à la résistance de l'appui directement concerné par le choc et permet de réduire son dimensionnement général.

Il faut noter qu'il est nécessaire de prévoir des clés en tête des appuis pour solidariser transversalement

le tablier avec eux. Cela évite la détérioration des appareils d'appui et améliore notablement la transmission du choc par le tablier aux autres appuis. Dans le cas d'un tablier en béton précontraint, ces clés en béton armé forment avec le sommet de chaque appui un ensemble tenon-mortaise ; elles permettent le déplacement suivant l'axe longitudinal de l'ouvrage au moyen de plaques de glissement latérales (Ponts de Bourg-Saint-Andéol sur le Rhône, de Saint-André de Cubzac sur la Dordogne, de Trévoux sur la Saône).

PRINCIPE DU CALCUL

On suppose que les liaisons du tablier avec ses appuis dans le sens perpendiculaire à l'axe longitudinal

de l'ouvrage, sont de type élastique. Elles sont caractérisées par des coefficients de souplesse, notés A, B et C : A correspond à la souplesse à la rotation, B à la souplesse croisée et C à la souplesse à la translation.

La position théorique de ces liaisons correspond à l'intersection de la fibre neutre du tablier avec l'axe

vertical de symétrie de chaque appui. On pourrait considérer le centre de torsion du tablier plutôt que son centre de gravité. La différence n'est pas importante dans le cas d'un profil fermé (caisson).

On considère deux liaisons principales (figure 1) : http://www.multiupload.com/NCEQ1E6G9Q

• la première correspond à un déplacement horizontal suivant l'axe Oy, perpendiculaire à l'axe

longitudinal de l'ouvrage Ox ; elle met en jeu la résistance à la flexion du tablier pour les moments fléchissants d'axe vertical Oz (on néglige la résistance à la torsion des appuis suivant l'axe Oz) ;

• la seconde correspond à une rotation d'axe Ox ; elle met en jeu la résistance à la torsion du tablier.

On néglige les autres liaisons que l'on pourrait envisager (déplacement vertical par exemple).

On procède par superposition d'états d'équilibre (figure 1) :

a) L'appui ayant une liaison fixe en tête vis-à-vis des déplacements horizontaux suivant Oy et

des rotations d'axe Ox, on calcule la réaction R et le couple F pour l'effort F représentant le choc frontal de bateau.

Ce système d'efforts [F, R, F] n'entraîne ni déplacement suivant Oy, ni rotation d'axe Ox au niveau de

la liaison entre l'appui et le tablier. Les systèmes [F] et [- R, - F] donnent donc lieu aux mêmes déplacements suivant Oy et rotations d'axe Ox au droit des appuis du tablier considéré comme une poutre sur appuis élastiques.

On analyse séparément l'effet de la force [- R] et du couple [- F], négligeant ainsi leurs effets

croisés (cela revient à négliger les souplesses croisées B des autres appuis). On calcule successivement les réactions d'appui Rj de la poutre, sur appuis élastiques vis-à-vis des déplacements suivant Oy, soumise à l'effort [- R] sur l'appui Aj, et les couples sur appuis F; de la poutre, sur appuis élastiques vis-à-vis des rotations d'axe Ox, soumise au couple [- F] en Aj.

c) L'effort de rappel exercé par le tablier sur l'appui en tête de celui-ci vaut R - Rj ; il est de même sens

que R, c'est à dire opposé à F.

De même le couple de rappel vaut F - Fj ; il est de même sens que F, c'est-à-dire d'axe Ox' (il tend à

amener Oz sur Oy). Il peut paraître surprenant que le couple F-Fj sollicite la fondation dans le même sens que F. Cependant, en tenant compte de la rigidité de torsion du tablier, on trouve une valeur de R - Rj supérieure à celle que l'on trouverait en la négligeant, si bien qu'à la base de la pile la somme des moments de sens opposé à celui correspondant à F est quand même supérieure.

... a suivre ... ;)

JUSTIFICATION AUX ETATS-LIMITES ULTIMES

Les états-limites ultimes à considérer sont :

— l'état-limite ultime de rupture du sol ;

— l'état-limite ultime de résistance des éléments de l'appui.

Pour chacun de ces états-limites ultimes, il y a lieu de distinguer le cas de la fondation massive et

celui de la fondation sur puits de grand diamètre.

ÉTAT-LIMITE ULTIME DE RUPTURE DU SOL

a) Pour un appui sur fondation massive, ancrée, sous le niveau des affouillements de longue durée,

dans un sol résistant et considéré comme homogène.

L'état-limite ultime de rupture du sol est celui pour lequel la contrainte aux trois-quarts de la largeur

comprimée sur les diverses faces du massif atteint :

— soit la pression de fluage du sol (pf) sur les faces verticales perpendiculaires à la direction du choc

de bateau,

— soit la moitié de la pression de rupture du sol (qr) sur la face horizontale inférieure.

figure 2 : http://www.multiupload.com/BC68O6TX4U

Pour un appui fondé sur puits de grand diamètre (> 1,50 m par exemple) formant portique avec

la semelle de fondation, des programmes de calcul électronique (PSH 2 et PSH) permettent de tenir compte d'une réaction élastique du sol au contact des puits. Cette hypothèse n'est valable que si la pression de contact reste inférieure dans les différentes couches de sol à la pression de fluage. Au-delà, on peut prendre en compte une plastification complète, c'est-à-dire un palier égal à pf sur la courbe de réaction représentant la pression de contact en fonction des déplacements horizontaux ; si l'on dispose d'un programme de calcul adapté, on peut tenir compte d'une plastification progressive, avec une pente égale àJLde pf jusqu'à pg et ensuite un palier égal à pg.

On tiendra compte de l'effet de surface en supprimant une épaisseur de sol résistant égale à un

diamètre de pieu.

Dans le cas courant d'un entr'axe de trois diamètres suivant la direction de l'effort, cela conduit à utiliser pour les puits autres que les puits frontaux des courbes de réaction déduites par une affinité de rapport— parallèlement à l'axe des pressions. Cependant il est possible de simuler approximativement le comportement d'un groupe de puits en prenant pour tous les puits une même courbe de réaction

réduite. Si l'on considère en effet les relations existant entre les déplacements et les efforts en tête, d'une part pour un puits encastré en tête et soumis à un effort horizontal, d'autre part pour un puits libre en tête et soumis à un moment, et si l'on admet que le cas des puits formant portique avec la semelle de fondation est intermédiaire, on voit qu'en divisant k par 4 (m dans le cas général), les efforts correspondant au même déplacement sont divisés respectivement par 4^3'4et4^1'2, soit environ 2,5 enmoyenne.

L'état-limite ultime de rupture du sol est celui pour lequel :

— soit les pressions latérales de contact entre les puits et le sol atteignent la pression de fluage du sol.

— soit les efforts normaux dans les puits atteignent une fraction de la charge de rupture

ÉTAT-LIMITE ULTIME DE RÉSISTANCE DES ÉLÉMENTS DE L'APPUI

Les éléments de l'appui sont la fondation et le fut. Pour les éléments en béton armé, la justification se

fait dans le cadre du fascicule 61 titre VI en appliquant les règles propres aux sollicitations totales pondérées du second genre : (G) + (T) + 1,2 (CB).

La contrainte maximale moyenne est fixée pour les puits à 50 bars.

Réferences :

[ 0 ] Ministère de l'Equipement - SERVICE D'ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES

CHOC DE BATEAU SUR UNE PILE DE PONT

— Bulletin rédigé par M. A. MARSAC, Ingénieur des Ponts et Chaussées, avec la participation de

M. C. LEBAT, Ingénieur des Travaux Publics de l'Etat, pour les exemples d'application (Division des

Ouvrages d'Art A).

— M. M. THENOZ Ingénieur en Chef des Ponts et Chaussées a aidé à son élaboration par ses

conseils.

[ 1 ] J. COURBON, Traité de résistance des matériaux, tome I DUNOD 1955, tome IIDUNOD 1965.

[2] LPC - SETRA, Fondations courantes d'ouvrages d'art, FOND 72.