Etude dynamique de la passerelle - PLATEFORME OUVRAGES D ...

Journée COTITAOuvrages d’art destinés aux“modes doux”Etude dynamique de lapasserelle “La Ralentie”à RennesB. Thauvin, CETE de l’OuestP. Charles, SETRAMinistère de l'Écologie, de l'Énergie,du Développement durable et de l'Aménagement du territoirewww.developpement-durable.gouv.fr

Présentation du contextePasserelles piétonnes de plus en plus élancées,de plus en plus souples et de plus en pluslégères (effets esthétiques)Grande sensibilité vis-à-vis des déformationsPiétons : actions dynamiques de faible intensitéAmplitude de mouvement important- en général non préjudiciable pour la structure- mais sensation d’inconfort pour les usagers22

Présentation du contexteStade deRennesPasserelle LaRalentie : seulpassage piétondepuis le stadejusqu’au parking.ParkingsPlainte des usagers :Oscillations inconfortablesde la passerelle33

Présentation du contexteAvant le match :le stade se remplit en environ 2havec une période de fort passage45 minutes avant matchLa densité est importante. Lapasserelle vibre, sans que celasoit gênant.4Après le match :le stade se vide en ~30 minutes. Ladensité est de l’ordre de 2 piétons /m².Le mouvement est lent.D’importantes vibrations horizontalessont ressenties. Elles sont trèsgênantes mais n’engendrent pas depanique.4

Présentation de l’ouvrageStructuremétallique detype poutreéchelleTirants reliantle haut desmontants surculée au basdes montantsaux tiers detravée.Profilstructurel enU souple entorsion.Ensemblepeucontreventé55

Présentation de l’ouvragePlatelage inférieur : réseau depoutres perpendiculaires.Quelques tubes decontreventement mal disposéset n’assurant qu’uncontreventement partielPlatelage en bois66

Objectifs de l’étude dynamique7Consultation lancée par la ville de RennesRéponse 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 2006Stade de Rennes : 31000 places (sans doute plein ce jour,Rennes était 3ème à l’époque)• Proposer des solutions pour régler définitivement leproblème- Amortisseurs dynamiques- Renforcement de la structure7

Calculs dynamiquesDétermination des modespropres et accélérations• Détermination des modes propreset fréquences propres• Calculs d’accélération selon« guide passerelles SETRA»88

Calculs dynamiquesMode 1A videTorsion Flexionlatéralef = 2,19 HzMode 2A videFlexion verticalef = 3,45 HzAvec piétonsf = 2,06 HzAvec piétonsf = 3,10 Hz99

Calculs dynamiques10Mode 3A videAvec piétonsTorsion Flexionlatéralef = 3,77 Hzf = 3,47 HzMode 4A videAvec piétonsTorsion Flexionlatérale 2ondesf = 4,27 Hzf = 4,12 Hz10

Calculs dynamiquesConclusion de l’étude des modes propres• Mode n°1Fréquence correspondant presque parfaitement à unefréquence moyenne de marche des piétons.C’est l’action verticale des piétons principalement qui excitela passerelle en torsionDu fait du couplage torsion-flexion latérale, la passerelleréagit surtout par une accélération horizontale très gênante.• Autres modesA priori moins gênants car à des fréquences supérieures à3HzPeuvent s’avérer gênants dans certains cas particuliers1111

Calculs dynamiquesApplication du Guide SETRA pour le mode 1Classe 1 : Passerelles très fréquentéesAccélération Calcul SeuilVerticale 1,70 m/s² 1 m/s²Horizontale 3,77 m/s² 0,2 m/s²Classe 2 : Passerelles moyennement fréquentéesAccélération Calcul SeuilVerticale 0,56 m/s² 1 m/s²Horizontale 1,24 m/s² 0,2 m/s²12Qqs la classe, les accélérations verticales sont très inconfortables12

Calculs dynamiquesApplication du Guide SETRA pour le mode 1Utilisation d’un « modèle de foule » plus réaliste :Foule aléatoire composée d’1 piéton/m² dont la fréquence etla phase de chaque piétons sont tirées aléatoirement.Accélération (m/s²)13Temps (s)13

Instrumentation, mesuresObjectifs :-- Calibrer, ajuster le modèle de calcul théorique-- Mesurer les accélérations réelles et les fréquencescapteurs « géophones »1414

Instrumentation, mesures1515

Instrumentation, mesuresMesures réalisées• Avant match :Enregistrement continu des vibrationsPendant match :Essais de caractérisation (pas de piétons sur ouvrage)Excitation des modes propres par 2-3 piétons parmétronomeArrêt de l’excitation et mesure du coefficient d’amortissementpar décrément logarithmique.Après match :Enregistrement continu des vibrations1616

Instrumentation, mesuresDétermination du coeff. d’amortissement60,0045,0040,0040,0035,0020,000,0020,0120,5020,9921,4721,9622,4522,9423,4323,9224,4024,8925,3825,8726,3626,8527,3327,8228,3128,8029,2929,7830,2630,7531,2431,7332,2232,7033,1933,6834,1734,6635,1535,6336,1236,6137,1037,5938,0838,5639,0539,5430,0025,00y = 40,522e -0,005xR 2 = 0,9938-20,0020,00-40,0015,000,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00-60,0025,00Pic à 2,20 Hz20,0015,0010,005,00Mode 1 :Fréquence exacte 2,2 Hz(Calcul à vide : 2,19Hz !)Amortissement : 0,5 %0,00170,250,450,650,851,051,251,451,651,852,052,252,452,652,853,053,253,453,653,854,054,254,454,654,855,055,255,455,655,8517

Instrumentation, mesuresEnregistrement après match (passage de la foule)Accélération (m/s²)Temps (s)18Fréquence (Hz)18

Instrumentation, mesuresConclusions de l’instrumentation• Résultats horizontauxAccélérations horizontales :- sur platelage : a max= 1m/s² (soit 7mm d’amplitude),- Membrures spérieures : a max= 2m/s² (soit 14mm amplitude)~ 25 minutes de durée de dépassement du seuil de confort de 0,2m/s²• Résultats verticauxAccélérations verticales de 0,6m/s² (restent dans la limite duconfortable et en pratique non ressenties)1919

EnseignementsMode 1 (2,1 Hz) très sollicité (par des forces verticalessollicitant l’ouvrage en torsion avec mouvements latéraux)Autres modes non sollicitésSollicitation des piétonsCas généralFoule (grande densité etmarche lente)1,6 à 2,4 Hz 1,2 à 1,8 HzCas de la passerelle « La Ralentie » :Sollicitations aux alentours de 1,7 Hz (à comparer à fo = 2,1 Hz)20Les accélérations auraient pu être beaucoup plus élevées si lapasserelle avaient été plus souple ...20

Renforcement : plusieurs optionsSituation précédente21Option 1 : renforcement du platelage- Invisible, maisobligation de démonterle platelage et lesdiagonales- fréquences de 2,05 à2,8 HzOption 2 : renforcement des membrures supérieures- fréquence de 2,05 à 3,2 Hz- visible, mais pas dedémontage du platelageOption 3 : renforcement platelage et membrures supérieures- fréquence de 2,05 à 3,6 Hz21

Suites de l’étudeMarché de Moe (études, travaux) puis marché travaux :-Tranche ferme : Renforcement du platelage inf.-Tranche conditionnelle : Renforcement des membruressup.Affermissement trancheconditionnelle :Contrôle comportement vis-àvisdes seuils d’inconfort2222

Solferino, Paris Millenium, LondresPour éviter la fermeture d’une passerelle peu de temps aprèsson inauguration …… Prise en compte du comportement dynamique lors de laconception !2323