CONCEPTION PORTUAIREBenjamin BAILLY (SOGREAH)
FORMATION MARITIME
28 septembre – 1er Octobre 2010
ROYAUME DU MAROC
DIRECTION DES PORTS ET DU DOMAINE PUBLIC MARITIME
1. Les notions préalables
2. Définition du plan de masse
3. Navigation et chenaux
4. Dragages et matériaux dragués
5. Houle de projet
6. Conception des ouvrages de protection externe
7. Modèles de stabilité
8. Typologie des quais
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
Notions prNotions prééalablesalables
Conception Portuaire – Notions préalables : SOMMAIRE
1. IntroductionLes aménagements maritimesVie du projet portuaire
2. Prévisions du traficExemples de prévisions avec analyse de saturation des capacités de l’existantExemple d’un développement stratégique
3. Notions d’hydraulique maritime (traité par Jacques Viguier)
Niveau de la merVent et CourantHoule et agitation
4. Notions de sédimentologie (traité par Jacques Viguier)
Courants engendrés par la houleImpact des aménagements portuairesEtude de cas : Extension du port de Bastia
5. Connaissance du navirePrincipales caractéristiques et plan de formeDéfinitions des coefficients et forme et ratiosDéfinition des mouvements et essais à la mer
1. Introduction
Pourquoi ce module sur les notions préalables• Notions dont la compréhension est indispensable au succès de tout
aménagement maritime
Introduction au monde portuaire :• Type d’aménagement concerné• Critère de choix de site• Les séquences d’arrivée dans un port• Les études techniques associées à la conception portuaire• Les étapes d’un projet de conception portuaire
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Les aménagements maritimes (1)
DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES
Structures offshores
Structures côtières : digues, jetées, quais, pipe-lines, chenaux de navigation, prises d’eau et ouvrages de rejet en mer
Structures souples : rechargement de plage, plage artificielle
SECURITE DE LA NAVIGATION
En pleine mer
A la côte : mouillages, ports
PREVENTION DES RISQUES LITTORAUX
Lutte contre l’érosion (recul du trait de côte)
Lutte contre les submersions marines
PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT
Devenir des effluents rejetés en mer
Pollutions accidentelles
Restauration de zones naturelles
PRODUCTION D’ENERGIE RENOUVELABLE
Usines marémotrices, hydroliennes
Extraction de l’énergie des vagues, éoliennes
Notions indispensables à tous projets de conceptions portuaire et maritimes
Etablir une base commune de termes techniques pour la conception portuaire
Donner une vision synthétique de la démarche de l’ingénieur
1- Introduction
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REALISATION d’INFRASTRUCTURES (PORTUAIRES)
Structures offshores
Structures côtières : digues, jetées, quais, pipe-lines, chenaux de navigation, prises d’eau et ouvrages de rejet en mer
1- Introduction Les aménagements maritimes (2)
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1- Introduction
Structures souples : rechargement de plage, plage artificielle
Les aménagements maritimes (3)
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PREVENTION DES RISQUES LITTORAUX (IMPACTS SEDIMENTOLOGIQUES DES PORTS)
Lutte contre l’érosion (recul du trait de côte)
Lutte contre les submersions marines
mais aussi garantir l’accès au port !!
1- Introduction Les aménagements maritimes (4)
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PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT (et ACCOMPAGNER LES PROJETS PORTUAIRES)
Devenir des effluents rejetés en mer
Pollutions accidentelles
Restauration de zones naturelles
1- Introduction Les aménagements maritimes (5)
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1- Introduction Type d’aménagement portuaire concerné
La réhabilitation des ouvrages n’est concernée que marginalement par les moyens d’étude de la conception portuaire.
Ces moyens s’appliquent aux aménagements pour • l’ extension d’un port existant• la construction d’un nouveau port
L’extension et la construction d’un nouveau port sont parfois en alternative, à examiner conjointement dans la phase de Plan directeur.
En général :Avantages de l’extension d’un site actuel
Il ne sera pas nécessaire de beaucoup modifier l’organisation portuaire (compagnies, capitainerie, voies de dessertes,….),
Il n’y aura pas d’impact environnemental direct lié au nouveau site (littoral, besoin d’études, délais d’approbation,….),Peu de nouveaux réseaux d’infrastructures à développer mais difficultés d’adapter l’existant.
Avantages d’un nouveau siteDisponibilité de davantage d’espaces à terre et quais, à moindre couts -> développements d’activités rendus possibles Possibilité de réduire les trafics qui traversent les zones urbanisées,Il n’ y aura pas d’impact du chantier sur le trafic existant et zones urbanisées,Possibilité de réaffectation des bassins portuaires existants
Les avantages et inconvénients de chaque solution sont à hiérarchiser au cours des études de Plan Directeur.
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1- Introduction Critère pour le choix d’un site
Le port est toujours une interface entre • Les aspects physiques (océanographie, topographie et conditions d’abri
naturelles, conditions bathymétriques et géotechniques)• Les aspects économiques et sociaux (volumes et trajets des trafics, urbanisme,…)
Pour choisir le site d’implantation d’un nouveau port, tous ces aspects doivent être considérés
En général, hors aspects positifs (développement économique et impacts positifs), on s’intéressera aux critères suivants :
Physiques = Reliefs à terre et sous-marin -> Dispose t-on de conditions favorables à l’implantation de nouvelles activités et infrastructures ? Quels site et concept portuaire sont adaptés ?
Météo-marins = Houle, courants et sédimentologie -> le site permet-il une implantation pérenne de l’infrastructure projetée? Existe-t-il des zones naturellement protégée? Quel concept portuaire est adapté ?
Environnementaux et d’usage = les impacts -> les impacts du port sont-ils acceptables? Quels site et concept portuaire permettent de les réduire? Comment compense t-on les impacts?
Réglementaires = le zonage -> la zone est-elle protégée ou réservée pour d’autres activités ?Distances aux centres de consommation, industriels, logistiques, … existants ou en devenirProximité des routes maritimesCouts du développement
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Les séquences d’arrivée au port
Capitainerie(Vessel Traffic Service)
CommandantOfficier en second Officiers de quart
Société de pilotage
Société de remorquage
Armateur
Autorité Portuaire
Société Concessionnaire …
Société d’exploitation ….
Société de lamanage
Approche
Montée du pilote
Arrêt
Mise à poste
Chenalage
Prise en remorqueEvitage
Vigie
Amarrage par lamaneurs
1- Introduction
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Les études techniques associées à la conception portuaire
Mesures en mer
Houles et courants
Assistants MO
Constructeuropérateur
Ingénieur Conseil
Maître d’Ouvrageopérateur
Sédiments et sols
Agitation - sècheNavigationDragages
Ouvrages d’amarrage et d’accostage
Evolution du littoral
Ouvrages de protection
Bathymétrie
Remblais
Evolution des Trafics et Besoins
Exploitation et Organisation du terminal
Impacts
Sécurité et risques
Accès
Propagation houle et évolution des courants
Impacts
Prestataires pour mesures
Qualité des eaux – faune, flore, activités humaines
CO
NC
EPTIO
N D
U P
OR
T
1- Introduction
Navires àaccueillir
Mesure du vent
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Les étapes d’un projet de conception portuaire1- Introduction
2. Prévisions du trafic
Une étude :• de l’évolution du trafic (volumes et typologies),• de la date prévisible de saturation des structures actuelles, • de l’évolution de la taille des naviresest logiquement la première étape de toute étude de
planification portuaire.
Considérons deux exemples d’études de prévisions des trafics avec limites de saturation 1. Le nouveau terminal conteneurs envisagé à Fos (2XL)2. Le port roulier de Bastia
Considérons un exemple d’étude stratégique3. Le Complexe portuaire de Tanger Med
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Prévisions de trafic (1)
Fos, terminal conteneurs actuel
Exemple 1 : Terminal conteneurs de Fos
Prévisions de trafic et aménagements conséquents
2- Prévisions du trafic
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Prévisions de trafic (2)
0100 000200 000300 000400 000500 000600 000700 000800 000900 000
1 000 0001 100 0001 200 0001 300 0001 400 000
2000 2005 2010
EVP
hypothèse hautede croissance du trafic
hypothèse moyennecapacité maximale de l'existant
capacité minimale
Etude de trafic – ConclusionLa saturation prévisible du terminal existant en 2005
ou 2006 a nécessité la planification en l’an 2000 des investissements d’extension des capacités.
2- Prévisions du trafic
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Prévisions de trafic (3)
Evolution de la taille des navires porte-conteneurs
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1960 1970 1980 1990 2000
Ans
Loa
(m)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Te (m
)
Longueur maximale Tirant d'eau maximal
800 EVP 1700 EVP 3000 EVP 5000 EVP 8000 EVP
Note : EVP = Equivalent Vingt Pieds ( = 1 pour les conteneurs de 20 pieds de longueur et = 2 pour les conteneurs de 40 pieds)
Ces investissements doivent tenir en compte l’évolution continue de la taille des navires porte - conteneurs
2- Prévisions du trafic
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Prévisions de trafic (4)
Analyse de l’évolution de la taille des navires – ConclusionsLe transport des marchandises conteneurisées est un marché très dynamique et florissant,
mais fortement concurrentiel.Pour faire des économies d’échelle, les armateurs augmentent la taille des porte-conteneurs
en commandeLe tirant d’eau admissible (TEA) aujourd’hui au terminal à conteneurs de Fos est de 13 m.Les plus gros navires en service sur le globe en 2000 présentent un tirant d’eau de 14,5 m.Il y a donc urgence à mettre les infrastructures à niveau pour que Fos reste sur le trajet des
plus grands armements.
2- Prévisions du trafic
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Prévisions de trafic (5)
FOS
FOS
2XL
2XL
Cercle dCercle d’é’évitagevitage
Dragages en plusieurs étapes
Nouveau terminal conteneurs 2XL (profondeur
= 17 m ZH)
Aménagements envisagés(coût globale = 90 M€)
2- Prévisions du trafic
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Prévisions de trafic (6)
Exemple 2 : Port de Bastia
Poste navires mixtes (passagers/camions)
Poste exclusivement adaptés aux navires avec la “porte avant”
2- Prévisions du trafic
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 21 B. Bailly
Prévisions de trafic (7)
0
1000000
2000000
3000000
4000000
5000000
6000000
1992 1995 2000 2002 2005 2010 2015 2020
Traf
ic p
assa
gers
-
10 000
20 000
30 000
40 000
50 000
60 000
70 000
80 000
90 000
2001 2005 2010 2015 2020
Nombre de véhiculescroissance forte
Nombre de véhiculescroissance modérée
Passagers
Trafic roulier
Les prévisions de trafic indiquent, certes, une augmentation…
N° passagers par an
N° véhicules commerciaux par an
2- Prévisions du trafic
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Prévisions de trafic (8)
…mais l’augmentation de la taille des navires est encore davantage sur le chemin critique.
Le graphique ici à droite indique que les dimensions du port (montrées dans le plan en bas) constituent une contrainte àl’accueil des plus grands navires rouliers en service
140
150
160
170
180
190
200
210
220
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005
Année
Long
eur d
es n
avire
s
En service Bastia
100.00 200.00mECHELLE
MOLE
SUD
QUAI FANGO QUAI DE RIVE
MOLE EST
6
4
3
5
78
1
2
220 m
Zone envisagée pour le 1° nouveau quai (partiellement protégé)
2- Prévisions du trafic
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 23 B. Bailly
Prévisions de trafic (9)
Résultat : le Plan Directeur a envisagé principalement une augmentation de la dimension des postes, et marginalement de leur nombre (de 7 à 8)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2002 2005 2010 2015 2020
N° to
tal d
e po
stes
240 m
215 m
175 m
130-150 m
< 100m
2- Prévisions du trafic
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 24 B. Bailly
Stratégie de développement (1)
Exemple 3 : Complexe portuaire de Tanger Med
Une situation géographique unique
Capacité des ports pour conteneurs
Les routes maritimes des conteneurs
1 – Asie orientale, 2 – Amérique du Nord3 – Europe, 4 – Moyen Orient5 – pacifique, 6 – Amérique du Sud7 – Afrique
2- Prévisions du trafic
Des ports méditerranéens saturés en 2000
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Stratégie de développement (2)Trafics :
Une tendance inéluctable Evolution des trafics -> un taux de conteneurisation qui augmente
Evolution du marché
2- Prévisions du trafic
Perspectives d'évolution du taux de transbordement au niveau mondial
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040
taux de transbordement
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Stratégie de développement (3)Un projet national
Une plateforme de transbordement au service des flux mondiaux et régionaux de conteneurs
Un port d’Import Export au service de la compétitive du territoire (zones franches)
Une plateforme industrielle intégrée à un réseau logistique et d’infrastructures complet
2- Prévisions du trafic
3. Notions d’hydraulique maritime (traité par Jacques Viguier)
Niveau de la mer (références, marées, …)• Phénomènes et références• Marée• Influences météorologiques• Evolution du niveau de la mer et niveau de projet
Vent et Courant• Effets sur les navires et ouvrages• Représentations
Houle et agitation • Caractéristique d’un état de mer• Représentations des états de mer• Les phénomènes rencontrés lors de la propagation à
la côte
4. Notions de sédimentologie (traité par Jacques Viguier)
Introduction et définitions
Principaux courants engendrés par la houle
Impact des aménagements portuaires• Ports soumis à un transit littoral (processus d’érosion et solutions)• Ports en zone non soumise au transit littoral
Etude de cas : Extension du port de Bastia
5. Connaissance du navire
La connaissance des principales caractéristiques des navires de projet est indispensable à toute conception portuaire
Pour un terminal spécialisé, elle doit être complétée par la recherche des plans de forme du navire
Pour les calculs, les coefficients de forme sont nécessaires : ils caractérisent les efforts dus au vent, courant et houle qui s’appliquent au navire
Le navire se caractérise aussi par ses mouvements
Enfin, ses qualités manœuvrières sont appréhendées à la lecture destests standards de navigation de l’OMI et par des ratios significatifs
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Principales caractéristiques (1)
R H
A R
A R HD
L
L/2
LC GK G
Properties :LOA : Length over all (m)LPP : Perpendicular length (m)BEAM : Water line max beam (m)
Load : Da : Draught, aft (m)Df : Draught, fore (m)Md : Displacement of ship (tons or m3)Center of gravity position
Rudder (s)Number and Type : Conventional spade , semi-spade, Shilling, BeckerMax rudder angle (deg)
Lpp
Loa
5. Connaissance du navire
-> TPL : Tonnage de Port en Lourd
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Wind parametersAL : Lateral area (m2)AT : Transverse area (m2)ASS : Superstructure area (m2)S : Perimeter length (m)C : Dist bow to Centre of Pressure
Engine (s) for propeller :Type : Diesel or TurbinePower (kW)RPM (rotation per minute) for the different engine standard settings : Max Ahead, Full, Half, Slow, Dead Slow, Stop, Dead Slow, Slow, Half, Full, Max Astern
Propeller (s)Propeller type and numberLateral distance to center line D : Propeller diameterR : Rotation of propeller (Clock./anticlock.).
Principales caractéristiques (2)
Bow and stern thrusters :Position (m) Power (kW)Diameter
5. Connaissance du navire
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Plan de forme (1)
Position des coins de calePlan de pont : treuil pour amarres, coupées, …..
Surface et parties planes
5. Connaissance du navire
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 33 B. Bailly
Plan de forme (2)5. Connaissance du navire
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 34 B. Bailly
Coefficients de forme (1)
Vent (efforts)
Fx = ½ . ρair . Cx . AT . V230s ou 1mn
Fy = ½ . ρair . Cy . AL . V230s ou 1mn
180°
90°
0°Fx+
Fy+Mxy+
Mxy = ½ . ρair . Cxy . Lpp . AL . V230s ou 1mn
Cy for Transverse Wind Force
0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,01,11,2
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Tanker
LNG 4 sphères MOSS
LNG Membrane
Cxy for Moment
-0,200-0,175-0,150-0,125-0,100-0,075-0,050-0,0250,0000,0250,0500,0750,1000,1250,1500,1750,200
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Tanker
LNG 4 sphères MOSS
LNG Membrane
Cx for Longitudinal Wind Force
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Tanker
LNG 4 sphères MOSS
LNG Membrane
5. Connaissance du navire
Les coefficients sont propres à chaque navire
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 35 B. Bailly
Coefficients de forme (2)
F’x = ½ . ρeau . C’x . Lpp . T . V2
F’y = ½ . ρeau . C’y . Lpp . T . V2
M’xy = ½ . ρeau . C’xy . Lpp2 . T . V2
Courant (efforts)
180°
90°
0°Fx+
Fy+Mxy+
5. Connaissance du navire
Les coefficients sont donnés pour un type de carène par les recommandations et en fonction de la hauteur d’eau disponible
LOADED & Water Depht /T=1.5
Current Angle off stern Cx Cy Cxy0 0,03 0,00 0,0020 0,00 0,70 -0,2045 0,00 1,30 -0,2560 0,17 1,50 -0,2080 0,10 1,65 -0,1090 0,07 1,70 -0,03100 0,06 1,65 0,03120 0,10 1,50 0,13135 0,13 1,30 0,20160 -0,02 0,60 0,13180 -0,04 0,00 0,00
OCIMF : "Prediction of Wind & Current Loads on VLCCs" - 1994
Cx for Longitudinal Current Force
-0,10-0,08-0,06-0,04-0,020,000,020,040,060,080,100,120,140,160,180,20
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Forc
e (k
N)
Cx
C'y for Transverse Current Force
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Tanker
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Sensibilité de l’action du courant au clair sous quille
Les coefficients relatifs au courant transversal varient d’une manière très significative avec le rapport Dw/Dd (= profondeur locale/tirant d’eau).
Ainsi, la force due au courant est bien plus importante quand le clair sous quille est faible.
Coefficients de forme (3)5. Connaissance du navire
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Notions préalables 37 B. Bailly
Coefficients de forme (4)
F’’x = 1/8 . ρeau . g . C’’x . B . Hs2
F’’y = 1/8 . ρeau . g . C’’y . Lpp . Hs2
Houle (efforts)
180°
90°
0°Fx+
Fy+Mxy+
Wave Angle off Stern C''x C''y0 1,00 0,0010 0,98 0,1720 0,94 0,3445 0,71 0,7160 0,50 0,8790 0,00 1,00120 -0,50 0,87135 -0,71 0,71160 -0,94 0,34170 -0,98 0,17180 -1,00 0,00
BS 6349 Part 6 1989 - "Design of Inshore Mooring and Floating Structures"
Calcul simplifié car non dépendant de la période de la houle (plus elle est courte, plus les efforts sont importants)
5. Connaissance du navire
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Mouvements du navire
CONVENTION DES MOUVEMENTS :• Cavalement (Surge) positif vers l’étrave• Embardée (Sway) positif vers bâbord• Pilonnement (Heave) positif ascendant• Roulis (Roll) sens direct autour de X• Tangage (Pitch): sens direct autour de Y• Lacet (Yaw): sens direct autour de Z
Note : Sans vent , les mouvements de roulis, pilonnement et tangage sont les plus critiques, car leur période propre peut être proche ou similaire à la période de la houle (dans ce dernier cas : entrée en résonnance du navire)
Les autres mouvements peuvent être sensibles aux sèches
Les 6 degrés de liberté du mouvement du navire
5. Connaissance du navire
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Manœuvres normalisées de l’OMI
Essais normalisés de l’Organisation Maritime Internationale (OMI)
Arrêt
Giration
Zig-Zag
5. Connaissance du navire
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Ratios caractéristiques
Le coefficient bloc Ce coefficient est caractéristique d’une forme de carène
Note : Si la longueur, la largeur et le tirant d’eau d’un navire sont connus, on peut alors estimer son déplacement
Le rapport Déplacement / Puissance machine
Ce coefficient indique aux marins si le navire est puissant d’un point de vue de la manœuvre.
Joint à la connaissance du type d’hélice et de gouvernail et des surfaces exposées au vent, un marin saura anticiper les manœuvres portuaire 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
FerryPass./RoRo
LNG Carrier PorteConteneur
Tanker
Dépl / Puissance
5. Connaissance du navire
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Dénomination des amarres
The AMSTERDAM in Victoria (BC)
Pointes avant et arrière
Traversiers avant et arrière
Gardes avant et arrière
5. Connaissance du navire
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Type d’amarres5. Connaissance du navire
Courbes typiques tension –déformation :
(source OCIMF)
Type de navire : •Nombre de lignes : 16•Câble en acier : âme centrale en acier de 6 ×36, ∅ 40 mm,Charge de rupture = 1 150 kN•Terminaison en nylon : Nylon, ∅ 81 mm, L = 10 m, charge de rupture = 1 410 kN•Charge admissible : (55% CR) 630 kN
Lignes de projet :
Les informations nécessaires
Acier Nylon
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
DDééfinition du plan de massefinition du plan de masse
Conception portuaire – Définition du plan de masse : SOMMAIRE
1. Typologie des terminaux et navires associés
2. Concepts de plan de masse
3. Critères généraux pour la définition du plan de masse
4. Définition des besoins
5. Navigation et chenaux (voir module suivant)
1) Typologies des terminaux1) Typologies des terminauxet navires associet navires associééss
ConteneursVrac SolidesRouliersVrac liquideGNLMarchandises DiversesCroisière
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Terminaux conteneurs
Postes en ligne le long d’un quai rectiligne,Grandes surfaces disponibles à l’arrière du quaiVoies d’accès terrestres faciles (par route et chemin de fer)
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Navires porte-conteneurs (1)
Hugo (CMA-CGM) L=334 m B=42,8m TE=14,5m 8238 EVP
Partie plane
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Navires porte-conteneurs (2)
La contrainte panamax est respectée à l’exception de quelques navires (5000 EVP max)
Ordres de grandeur importants pour PC datant d’avant 2000
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Navires porte-conteneurs (3)
--14,545.63478 800Samsung 8800
68 400115 00015.042.83679 930Gudrun Maersk
67 470110 00014.542.83348 500CSCL Asia
61 90094 7241442.83358 450P&O Mondriaan
? (21)
? (16)
14.5
14.5
TE (m)
-
150 000
98 000
99 518
TPL
70 30642.83238 063OOCL Shenzhen
63 00042.83478 000Sovereign Maersk
-60396? (18 000)Malacca Max
80 00056.4397? (13 400)Emma Maersk (22 rangées)
kWLa (m)Loa (m)EVPNavire
Les navires de plus de 350 m restent exceptionnels
Le TE de pleine charge semble impossible à atteindre (100% du chargement de conteneurs plein !!!)
La majorité des ports HUB d’éclatement des cont. ne permettent pas l’accès à des navires de TE > 15 m.
Depuis 2000 :
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Les dimensions des postes et des terre-pleins à l’arrière augmentent au fil des années, en raison de l’augmentation de la taille des navires.
( Prof. Carl Thoresen )
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (1)
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Port d’éclatement de Salalah (Oman)
La conception des ports conteneurs d’éclatement est simple : long quai banalisé, grande surface (possiblement rectangulaire) à l’arrière. Ce qui est crucial est la position, au croisement entre routes principales (pour Salalah, Oman, celle du canal de Suez) et secondaires .
Les plus grands navires (> 9 000 EVP, >350 m, Te > 14 m) ne peuvent plus accoster dans la plupart des terminaux, d’où la nécessité de ports d’éclatement (Algesiras, Malte, Gioia Tauro, Tanger Med) situés sur les routes principales, qui desservent les autres ports par des lignes feeders (navires < 3 000 EVP, avec un tirant d’eau < 12 m).
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (2)
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Les moyens de manutention d’un terminal conteneurs varient, surtout pour la gestion des terre-pleins. Au quai, on utilise pour les terminaux modernes principalement des portiques (sur pneus et surtout sur rails). Pour les terre-pleins, les moyens de manutention principaux sont :
Gerbeurs
Cavaliers
Portiques de parc + Tracteurs
Portiques de parc + Cavaliers
Référence : Port and Terminals, TU Delft, 1996
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (3)
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Portique sur rails (STS, Ship to Shore Crane), Algesiras
Grue à quai sur pneus (Anvers)
Moyens de manutention à quai
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (4)
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Tracteur (Tractor ou chassis)
Portique de parc sur pneus (RTG, Rubble Tyre Gantry)
Buenos Aires
Portique de parc sur rails (RMG, Rail Mounted Gantry)
Los Angeles
Moyens de manutention pour les terre-pleins - A
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (5)
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Le système « Portique de parc »
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Cavalier (Straddle carrier)
Gerbeur (Reach stacker)Moyens de manutention pour les terre-pleins - B
Chargeur élévateur frontal (Fork lift)
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (6)
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Le système « Chariot élévateur »
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Le système « Chariot cavalier en direct »
1- Typologie de terminaux et navires associés
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La détermination préliminaire des dimensions du terre-plein d’un terminal conteneurs doit tenir compte des différentes zones opérationnelles
Stot = Ssp + SCFS + Ssv + S varAvec :
• SSP = surface stockage conteneurs pleins (~ 60-70%) • SCFS = surface « container freight station » (entrepôt groupage - dégroupage) (~ 10-15 %) • SSV = surface stockage conteneurs vides (~ 10-15 %)• SVAR= surface activités variées (parking, ateliers, bureaux, douane ( 5-10%)
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux Conteneur (7)
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Terminaux vrac solides• Quai rectiligne, ou front d’accostage en pieux (en fonction du type d’outillage de
chargement/déchargement)• Surfaces de stockage importantes (ou silos, pour les céréales) à l’arrière du quai
(des distances plus importantes par rapport aux terminaux conteneurs sont toutefois possibles, car le transport est effectué par des « conveyors »)
• Prise en compte des aspects environnementaux (vents dominants) pour les stockages à ciel ouvert
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Vraquiers – Minéraliers
Src : Catalogue Fentek
Minéralier lège
Le gouvernail sort de l’eau, il est moins efficace. Le chargement est un paramètre important dans les études de manœuvrabilité.
Navires ayant de vaste cales et de larges ouvertures dans le pont. La taille varie de 10 000 TPL à 250 000 TPL, la plupart n’excède pas 70 000 TPL pour pouvoir franchir le Canal de Panama.
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Postes
Stockage
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (1)
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Terminal charbonnier du Havre
Les systèmes de chargement/déchargement sont les plus variés• Grues à “grab” (entre 500 et 2 500 tonnes/heure)• Elévateurs mécaniques continus (entre 2 000 et plus de 4 000 tonnes/heure)• Elévateurs pneumatiques (principalement pour les céréales, entre 2 000 et 4 000 tonnes/heure)
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (2)
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Elévateur mécanique continu
Elévateur pneumatique
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (3)
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Chemin de fer
ZONE DE STOCKAGE
Poste 1PORT
Poste 2
Exemple de chaine de transfert
3000 t/h1 500 t/h
3000 t/h1 500 t/h
1 500 t/h
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (4)
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Matériel d’exploitation
Déchargement du train : culbuteur de wagons
Tour de transfert (changement de direction)
Convoyeur
Stacker
Reclaimer
Convoyeur
Tour d’échantillonnage
Convoyeur (à terre et au-dessus eau)
ZPMC train unloading system
Matériel de mise en stock
Matériel de reprise du stock
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (5)
Matériel bord à quai
Convoyeur bord à quai
Portique de chargement (Shiploader / Shipunloader)
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Port Hedland(Australie)
La structure des postes prévoit souvent• Ducs d’albe d’amarrage (avec défenses) et accostage comme des structures indépendantes de la• Jetée (souvent en pieux) qui doit soutenir uniquement les moyens de manutention
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux de vrac solides (6)
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Terminaux rouliersPasserelle à l’arrière (avec charnières mobiles pour les ports àgrande excursion de marée),Quais continus ou ducs d’Albe en pieux sur les côtés, pour fixer les amarres,Surfaces disponibles à l’arrière du quai, avec liaisons efficaces avec les voies terrestres
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 27 B. Bailly
Ferries, Rouliers mixtes et purs (1)
(passagers)
1- Typologie de terminaux et navires associés
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Ferries, Rouliers mixtes et purs (2)
(Super) Fast Cruise Ferry ou NTGV
Et aujourd’hui : 210 mètres de longueur, 25 mètres de largeur, 7 m de tirant d’eau
Capacité : 2200 passagers, 1000 véhicules, 2000 mètres linéaire pour charges
2 CP propellers ; Total Power: 50,424kW (68,552hp) ; front thruster and 2 aft ; Vitesse : 30 nœuds
Depuis 2001, NTGV ("Navires Traditionnels à Grande Vitesse"). Propulsion par hélices, carburant : fuel lourd
Coque plus effilée -> plus grande longueur pour une largeur donnée
Plus de 180 mètres de long, navigation par tous temps, transport d’un grand nombre de passagers et de véhicules
Confort du même ordre que celui proposé à bord des navires traditionnels
Navires dotés de cabines (ce qui est interdit, par la réglementation, sur les NGV) ce qui permet aux compagnies de les programmer aussi en traversées de nuit, sur des lignes plus longues.
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 29 B. Bailly
Car Carrier1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 30 B. Bailly
Terminaux roulier (1)
La gestion des flux : Port de Calais
Contrôle PAF
ISPS (scanner)
Enregistrement compagniesISPS et douanes
Gare maritime
Parking dépose et personnel gare
Aire de pré-embarquement
Parking tampon
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 31 B. Bailly
L’utilisation de passerelles fixes est possible pour des ports avec une excursion de marée < 1,50m (Normes ISO 6812)
Navires de « classe B »L’extrémité extérieure de la rampe peut atteindre des
niveaux de 1,5 à 3m au-dessus de la ligne de flottaison
Navires de « classe A »L’extrémité extérieure de la rampe peut
atteindre des niveaux de 0,25 à 1,75m au-dessus de la ligne de flottaison
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux roulier (2)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 32 B. Bailly
La passerelles ajustables deviennent impératives pour des ports avec une excursion de marée > 1,50m (Normes ISO 6812)
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux roulier (3)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 33 B. Bailly
Terminaux vrac liquideBras de chargement sur une plateforme centrale (usuellement sur pieux), Ducs d’Albe d’accostage et d’amarrage (usuellement sur pieux : poste « perméable »),Distances de sécurité à prévoir (> 150m entre le bras et les autres installations portuaires + >50m autour du navire)
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 34 B. Bailly
Pétroliers
VLCC Algarve: 290 000 tpl – Pleine chargeL = 332 m B = 58 m Te = 18m
• ULCC (Ultra Large Crude Carrier) : Chargement > 300 000 TPL (années 70–80)
• VLCC ou Superpétrolier (Very Large CC) : 175 000 DWT < charg. < 300 000 DWT
• Navires de dimensions importantes et peu puissants
• Grandes différences de tirant d’eau selon le chargement et donc de prise au vent.
• Remarque : Un pétrolier de grande taille en ballast a une surface au vent 2 fois plus importante qu’en pleine charge et un TE 2 fois plus petit.
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 35 B. Bailly
050
100
1er trim.
4e trim.
EstOuestNord
Terminaux pétroliers
Port pétrolier de Lavéra (Marseille - Fos)
Terminaux vrac liquide (1)1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 36 B. Bailly
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminaux vrac liquide (2)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 37 B. Bailly
Catenary Anchor Leg Mooring (CALM) system
Single Point Mooring (SPM) – Illustration du CALM système
• Si littoral trop éloigné -> nécessité d’une pompe externe intermédiaire (sinon pompe du navire)
• Tranchée à réaliser pour protéger la conduite
• Nécessité de disposer de remorqueur pour les manœuvres -> port de service à proximité nécessaire.
conduite
Terminal « offshore » sans infrastructures : Déchargement de pétrole brut (en général)
Terminal « offshore »1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 38 B. Bailly
Terminaux GNLBras de chargement sur une plateforme centrale (usuellement sur pieux), avec positionnement délicat des manifold,Ducs d’Albe d’accostage et d’amarrage (usuellement sur pieux : poste « perméable »),Distances de sécurité très importantes à prévoir (> 450m entre le bras et les autres installations portuaires + >200m au tour du navire)
Ras Laffan (Qatar, NAVIRE A SPHERES)
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 39 B. Bailly
Méthaniers (1)
Sphérique ou «à sphères»
Prismatique ou «à membranes»
Les types : Le Gaz Naturel Liquéfié est transporté dans des cuves de pression proche de la pression atmosphérique et de température de -160° à -170°C (volume réduit 600 fois)
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 40 B. Bailly
Ordres de grandeur importants pour méthaniers datant d’avant 2003
4530/14104658/6896968/1370M²Surface au vent chargé (AL/AT)
3800/11505075/15308870/22005113/7617540/1610M²Surface au vent ballast (AL/AT)
9.711.711.411.211.2MTirant d’eau chargé
8.710.410.49.510MTirant d’eau ballast
23.326.32727.526MHauteur totale
35454941.645.8MLargeur
205.5274.1277266280MLPP
219.5289.6289.5280.6297MLOA
5300010910310500096340102800TDéplacement
74 000160 000148 000129 323137 000M3Capacité
4GT4 GTT4 Moss5 GTT5 MossType
MEDIMAX160000 m3KHI 1520Edouard LDAlzubarahNOM
Navires LNGParamètres
PERIODES PROPRES (s) SURGESWAY HEAVE ROLL PITCH YAW
AL ZUBARAH 62.5 109.7 14.7 15.8 13 60.2 EDOUAR LD 66.2 104.5 12.6 13.5 11.3 58.6
KHI 1520 60 110 14.3 14.2 11.8 62 160000 M3 62 106 13.7 13.9 11.6 58 MEDIMAX 48.2 74.5 10.3 11.8 8.4 33.4
Méthaniers (2)
Les terminaux méthaniers existants sont conçus pour des TE max de l’ordre de
12.3 m
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 41 B. Bailly
Méthaniers (3)
Les évolutions récentes :
Les terminaux méthaniers existants sont conçus pour des TE max de l’ordre de 12.3m
Demande de gaz en forte augmentation
Nouveaux navires de capacité plus importante mais de TE identiques
Les qualités manœuvrières doivent être améliorées pour accéder aux terminaux existants avec des conditions de sécurité équivalentes.
• Qflex (205 000 m3) :
Loa=310m, B=48m, TE=12.45m, Disp= 133 000m3, AL= 6 900m2, AT= 1 300m2, hélice semi-spade, un propulseur avant de 2 500kW
• Qmax (260 000 m3) :
Loa=345m, B=55m, TE=12.5m, Disp= 170 000m3, AL= 8 700m2, AT= 1 750m2, deux hélices, un propulseur avant et arrière
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 42 B. Bailly
Poste
de (dé)chargementUsine de
regazéificationPrise d’eau
RejetZone
fonctionnelle
Principaux éléments composant un terminal GNL :
Conduites
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminal méthanier (1)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 43 B. Bailly
Quelques valeurs usuelles entre le navire GNL et d’autres activités :
• 1000 m entre le manifold et les habitations (ou zones publiques),
• > 450 à 500 m entre le manifold et tout autre navire à poste,
• > 150 à 200 m entre le navire GNL (au poste ou en manœuvre) et les autres navires (à poste ou en manœuvre aussi).
Mais aussi des critères de sécurité qui concernent la zone de stockage à terre :
• 500 m entre le centre des réservoirs à terre et les habitations,
• 300 m entre le centre des réservoirs et les activités industrielles (y compris les activités portuaires).
Des distances de sécurité sont à prendre en compte :
Terminal méthanier (2)1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 44 B. Bailly
Exemple deSPLNG
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminal méthanier (3)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 45 B. Bailly
Terminal méthanier (4)
Un paramètre déterminant : l’ensemble manifold / bras de déchargement
Les bras de (dé)chargement sont très sécurisés, car le GNL a une température de -170°C pourrait gazéifier àcontact de l’air (avec risque d’explosion).
Ils ont des débattements limite et des seuils de vitesse àne pas dépasser -> limitations pour les terminaux -> étude d’amarrage
Un système à câble aide de plus en plus souvent la connexion des bras au manifold du navire
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 46 B. Bailly
Terminaux marchandises diverses• Le linéaire de quai est normalement le facteur contraignant (plus que
les surfaces)• Ceci amène souvent à une configuration du linéaire des quais « à
darses »• Entrepôts fermés pas très éloignés du bord du quai
Puerto Quetzal (Guatémala)
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 47 B. Bailly
Cargos traditionnels1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 48 B. Bailly
Largeurs typiques des surfaces des terre-pleinspour un terminal à marchandises diverses
• a = voies de circulation pour les grues …………………… ………...entre 25 et 30 m,• b = entrepôt de transit……………………………………………………entre 50 et 70 m,• c1 = aire de stockage ……………………………………………………entre 30 et 35 m,• c2 = route…………….……………………………………………………entre 7 et 10 m,• b = entrepôt de transit……………………………………………………entre 50 et 70 m,• e2 et e1 = comme c2 et c1 (si nécessaire),• f = entrepôt de stationnement…………………………………………..entre 40 et 70 m,• g1 et g2 = comme c1 et c2• h/2 = possible voie pour un chemin de fer……………………………. entre 0 et 25 m.
Terminal de marchandises diverses (1)1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 49 B. Bailly
Terminaux croisièrePoste dans un cadre agréable, bien connecté avec la ville,Passerelles piétons mobiles en vertical et en horizontal (voir la figure),Gare maritime croisière avec loisirs et services
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 50 B. Bailly
Navires de croisière
Critères : Panamax, limitation du TE, moyens propres importants (pas d’assistance)
Les navires récents manœuvrent par 30 nœuds de vent en sécurité
1- Typologie de terminaux et navires associés
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 51 B. Bailly
Exemple de CherbourgRequalification et environnement urbain approprié
Port de plaisance
Poste croisière
Gare croisière (bâtiment du XIX° siècle rénové)
Musée de la mer
1- Typologie de terminaux et navires associés Terminal de croisière (1)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 52 B. Bailly
Accueil des croisiéristesFacilités et excursions
Terminal de croisière (2)1- Typologie de terminaux et navires associés
Saint Martin
Barcelone
2) Concepts de plan de masse2) Concepts de plan de masse
Port extérieurPort intérieurPort « ilot » ouvertPort ilot partiellement protégé
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Concepts de plan de masse - 1
Choix du « concept »
Une fois définis les besoins en infrastructures portuaires, la détermination du plan de masse démarre du choix du «concept»
Port extérieur (à digues recouvrant ou convergentes),Port intérieur (partiellement ou totalement),Terminal « îlot » non ou partiellement protégé.
Trois critères sont essentiels à considérer dans ce choix
Les critères hydro-sédimentaires,Les conditions bathymétriques, géotechniques et topographiques (critères physiques)Les besoins spécifiques des typologies de trafic à traiter.
2- Concepts de plan masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 55 B. Bailly
Les trois critères essentiels : A. La nécessité d’assurer une protection adéquate à la houle, aux courants
et au transit sédimentaire (critère météorologique et hydro-sédimentaire),B. La nécessité d’adapter le port aux conditions bathymétriques,
géotechniques et topographiques (critère physique )C. Les besoins spécifiques des typologies de trafic à traiter.
Visualisons l’impact de ces critères dans l’exemple du port Ouest de Dunkerque
Concepts de plan de masse - 22- Concepts de plan masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 56 B. Bailly
Le critère météorologique et hydro-sédimentaire est gouverné par la nécessité d’assurer uneprotection adéquate essentiellement à la houle et (pour les ports situés le long de côtes sableuses) au transit sédimentaireCe critère est essentiel dans la définition de la configuration des digues de protection. Les vents et courants dominants influencent parfois (mais pas toujours) la définition de l’orientation de la passe d’entrée.
La configuration de la digue principaleindique que le secteur de houle
dominante est celui de NNE
Concepts de plan de masse - 32- Concepts de plan masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 57 B. Bailly
Le critère physique détermine souvent la possibilité ou moins d’extension du bassin portuaire vers l’intérieur (possible seulement si il y a une plaine derrière le front des quais)L’analyse des conditions géotechniques peut également porter à identifier des contraintes majeures (zones avec conditions difficiles à éviter pour les aménagements plus importants).
Dans le cas de Dunkerque, la plaine
derrière le port a rendu possible
la réalisation de la darse conteneurs par
dragage vers l’intérieur
Concepts de plan de masse - 42- Concepts de plan masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 58 B. Bailly
Le critère dicté par les exigences du type de trafic est déterminant surtout dans la définition des ouvrages internes, mais peut aussi poser des contraintes en terme d’ouvrages de protection (par exemples celles dues aux dimensions des voies navigables)
Le trafic du brutne demande qu’un poste isolé
sans terre-plein à l’arrièremais avec une profondeurde chenal importante et un
grand cercle d’évitage
Le trafic conteneurs (prévudans l’extension du quai des Flandres)
exige un quai rectiligne avec important terre-plein à l’arrière
Concepts de plan de masse - 52- Concepts de plan masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 59 B. Bailly
Exemples de concepts différents – A
Port « à l’extérieur » àdigues convergentes: Zeebrugge (Belgique)
Dans ce concept il est nécessaire de prévoir un avant-port pour atténuer la houle (surtout la houle frontale qui ne peut pas être interceptée par les digues extérieures).
Exemple de port à l’extérieur - 12- Concepts de plan masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 60 B. Bailly
OKFTZ - Alternative 2OKFTZ - Alternative 1
2- Concepts de plan masse Exemple de port à l’extérieur - 2
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Exemples de concepts différents – B
Port « à l’extérieur » à digues superposées: Nador West Med
(Maroc – en projet)
Dans ce concept la digue principale « couvre » la passed’entrée pour la protéger de la direction de la houle dominante.
Houle dominante
2- Concepts de plan masse Exemple de port à l’extérieur - 3
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 62 B. Bailly
Image du satellite (2002)Projet (1999)
Exemples de concepts différents - C
Port « à l’intérieur » : Al Sukhna(Egypte)
Dragage de 30 millions de m3
Ce concept est possible seulement lorsque le port est réalisé sur une côte plate, avec une plaine à l’arrière.
Si le dragage a lieu en matériaux sableux, telle solution est souvent économiquement intéressante.
2- Concepts de plan masse Exemple de port à l’intérieur
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 63 B. Bailly
Exemples de concepts différents – Combiné entre A/B et C
Dunkerqueen est un exemple
Il est possible également d’envisager un concept combiné, avec une partie creusée à terre et une partie réalisée en mer.
Projet de port à Cap Djinet (Algérie)
2- Concepts de plan masse Exemple de port mixte (intérieur / extérieur)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 64 B. Bailly
Terminal « îlot » non protégé par des digues: terminal méthanier de Dahej (Inde)
Exemples de concepts différents – D
Possible seulement pour des navires moins sensibles à la houle (pas des porte-conteneurs ou rouliers) dans des endroits avec houles relativement modérées.
2- Concepts de plan masse Exemple de port « îlot » - 1
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 65 B. Bailly
Le poste est alors orienté le long de la houle et du courant dominant
2- Concepts de plan masse Exemple de port « îlot » - 2
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 66 B. Bailly
A gauche la jetée et la plateforme de déchargement en construction, en basse marée, en novembre 2002.
A droite la jetée vue de la mer en haute marée.
2- Concepts de plan masse Exemple de port « îlot » - 3
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 67 B. Bailly
A Dahej la houle arrive très atténuée, mais le courant arrive à 7 nœuds (excursion de marée = 10m ! )
2- Concepts de plan masse Exemple de port « îlot » - 4
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 68 B. Bailly
Terminal « îlot » protégé partiellement par des digues : terminal méthanier de IDKU
(Egypte)
Exemples de concepts différents – E
Nécessaire lorsque : Avantageux en couts (faible profondeurs)Site avec problématiques sédimentologiques
2- Concepts de plan masse Exemple de port « îlot » - 5
3) Crit3) Critèères gres géénnééraux pour la raux pour la ddééfinition du plan de massefinition du plan de masse
Besoins (chapitre suivant)
Chenaux (voir module suivant
Règles simples pour les postesDes critères d’agitation et de mouvements
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 70 B. Bailly
Principes généraux du plan de masse des ouvrages internes
Les besoins spécifiques des terminaux (voir chapitre 4)
Les critères de sécurité de la navigation (voir module suivant)
Des règles simples pour la disposition des postes et des darses
Les critères d’agitation et de mouvements des navires àposte admissibles
3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 71 B. Bailly
Poste ro-ro
Quai conteneurs
Postes tankers
1er poste GNL
Les différents besoins des postes sont visibles sur cette image du nouveau port (essentiellement méthanier) de Ras Laffan au Qatar. Aucun terre-plein n’est nécessaire à l’arrière des postes tankers et GNL, dont les réservoirs se situent à l’intérieur, à plus de 3 km des postes.
Besoins des terminaux
Besoins3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 72 B. Bailly
Poste isolé
Orientation des postes : le plus possible selon le vent dominant.
B B
b
Marge de sécurité
3 x B ( espace de manœuvre )
Darses
Principes de conception générale
50m
Postes en ligne
• la marge de sécurité dépend des conditions météo (vent transversal) et varie entre 20 et 50 m.• pour des darses accueillant des grands navires avec B=40m et des petits navires avec b=30m la largeur peut donc être évaluée = 4 X 40 + 30 + 50 = 240 m
Référence : TU Delft, Ports & Terminals
▼
Règles générales (1)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 73 B. Bailly
Note : le caractère des structures de ces postes (structures « isolées », sans terre-plein à l’arrière) permet de reculer l’alignement des points d’amarrage par rapport àcelui du navire au poste (ce qui est évidemment impossible pour un quai rectiligne)Cela permet une meilleure distribution des charges sur les amarres
> 1.10 L
35 à 50m
Entre 0.25 et 0.40 L
L
15 à 25°
< 15°
<10°
Postes pour des vraquiers liquides
Note : ces valeurs pour les amarres de pointe sont valables
pour tout type de poste.
3- Critères généraux pourla définition du plan de masse Règles générales (2)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 74 B. Bailly
L’étude du plan de masse des ouvrages de protection comporte (en parallèle avec l’analyse de la manoeuvrabilité) celle des conditions d’agitation aux postes
Les objectifs de ces 2 analyses sont normalement opposés (la manoeuvrabilité exige des ports « ouverts », contrairement aux besoins de disponibilité des postes, examinés dans l'analyse de l’agitation). Un compromis est alors inévitable…
L’analyse du taux d’indisponibilité aux postes du à la houle se déroule en comparant les résultats d’un modèle d’agitation avec des seuils d’opérativité
Agitation
Critère d’agitation (1)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 75 B. Bailly
Les seuils de référence pour les hauteurs de houle Hs aux postes pour assurer les opérations commerciales
Ce sont des valeurs de seuil de ce type, comparées aux conditions de houle calculées par des modèles d’agitation, qui amènent à concevoir des protections de manière à obtenir une disponibilitéacceptable aux postes.
Critère d’agitation (2)
1,00 m0,60 mMarch. diverses
0,40 mPort de service
1,50 m1,00 mTankers raffiné
2,00 m1,50 mTankers brut -poste
0,30 mBateaux de pêche
0,80 m0,40 mFerries, ro-ro
1,50 m1,00 mVraquiers
1,50 m1,00 mMéthaniers
Transfert : 3,00 m (connexion/déconnexion : 1,75 à 2,00 m)Tankers - SPM
Hagit = 1,30 mHagit = 1,00 mHagit = 0,80 mHagit = 0,50 mPorte conteneurs
Opérativité à 50%Opérativité à 100%Opérativité à 50%Opérativité à 100%
LongitudinaleTransversale
Conditions d’agitation (valable pour des périodes entre 7 et 12 sec)Type de navire
3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
L’agitation résiduelle seuil sera comprise entre les valeurs d’agitation transversale et longitudinale.Ces valeurs sont indicatives et varient beaucoup en fonction des périodes de houle, de la taille des navires, des lignes disponibles sur les navires, de la conception du poste d’amarrage et des volumes à traiter ………
-
-
< 1 à 2%
2 à 7 %
2 à 5 %
2 à 5 %
2 à 7 %
2 à 7 %
2 à 5 %
< 1 à 2%
résiduelle
due à l’agitation
Indisponibilité
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 76 B. Bailly
Etude d’agitation (1)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
Etude d’agitation : Type de méthodologie usuellement pratiquée
0.000.000.000.000.000.0005
-20
-50-40-30
4.004.004.00-10
2.002.00-5
-500
-1500-1000
-100
-60
-90-80
16.00-70
Bathymétrie (m)Bathymétrie (m)m CM
Point
Large immédiat port2/ Choix des conditions
caractéristiques à propager (plusieurs couples Hs/Tp/Dir)
Prise en compte du chenal
1/ Une série temporelle avec tableaux de contingence
Hs/Dir – Hs/Tp – Tp/Dir
3/
- Calculs avec logiciel d’agitation : Pour les couples choisis
-Obtention pour chaque couple et chaque zone analysée d’un coefficient de réduction (Cr) à appliquer sur le Hs
4/ Application de Cr au tableau de contingence Hs/Dir pour établir un nouveau tableau pour la zone analysée
Zone analysée
PRECAUTIONS à prendre : Les couples Hs/Tp/Dir doivent être choisis de manière conservative.
Directions moyennes des houles (degres Nord)
Secteurs > 345°- 15° 15°- 45° 45°- 75° 75°- 105° 105°- 135° 135°- 165° 165°- 195° 195°- 225° 225°- 255° 255°- 285° 285°- 315° 315°- 345°
Hs (m) 0 - 360 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 TotalIndéterminé 28.67% 28.67%
= 0.00.0 - 0.5 6.69% 2.21% 0.62% 0.33% 5.61% 12.57% 5.79% 0.45% 0.74% 0.57% 0.51% 0.59% 36.67%0.5 - 1.0 2.95% 1.55% 0.88% 0.13% 2.47% 9.64% 0.70% 0.53% 1.83% 1.17% 0.28% 0.29% 22.42%1.0 - 1.5 1.13% 0.75% 0.49% 0.01% 0.66% 3.69% 0.04% 0.07% 0.35% 0.22% 0.12% 0.08% 7.61%1.5 - 2.0 0.46% 0.50% 0.18% 0.22% 1.26% 0.02% 0.02% 0.03% 0.06% 0.04% 0.03% 2.81%2.0 - 2.5 0.19% 0.22% 0.06% 0.00% 0.06% 0.43% 0.01% 0.01% 0.01% 0.01% 1.01%2.5 - 3.0 0.09% 0.09% 0.03% 0.02% 0.18% 0.00% 0.41%3.0 - 3.5 0.02% 0.07% 0.03% 0.01% 0.06% 0.00% 0.19%3.5 - 4.0 0.02% 0.03% 0.02% 0.01% 0.02% 0.11%4.0 - 4.5 0.02% 0.02% 0.01% 0.00% 0.00% 0.06%4.5 - 6.5 0.00% 0.02% 0.00% 0.01% 0.00% 0.04%5.0 - 5.5 0.00% 0.00% 0.00%5.5 - 6.0 0.00% 0.00%6.0 - 6.5 0.00% 0.00%
> 6.5Total 11.59% 5.48% 2.31% 0.47% 9.06% 27.85% 6.56% 1.06% 2.96% 2.03% 0.96% 1.00% 100.00%
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 77 B. Bailly
Etude d’agitation (2)3- Critères généraux pourla définition du plan de masse
Etude d’agitation : La méthodologie à l’état de l’art (2010)
October 28, 1998 at 11:00
0
1
2
3
4
5
6
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Frequency (hertz)
spec
tral
den
sity
(m²*
s)
measured spectrum swell part wind sea part
0.000.000.000.000.000.0005
-20
-50-40-30
4.004.004.00-10
2.002.00-5
-500
-1500-1000
-100
-60
-90-80
16.00-70
Bathymétrie (m)Bathymétrie (m)m CM
Point
Large immédiat port2/ Doit-on séparer les états de mer ?
- Mer de vent - Houle
Prise en compte du chenal
1/ Une série temporelle des états de mer complets
non oui
Mer globale = paramètres réduits
3/
- Calculs avec logiciel d’agitation : Pas de 1 à 2s et 10°
-Matrice de transfert : H, T, Dir pour chaque zone analysée
- Série temporelle dans chaque zone
4/ Analyse de la série temporelle dans la zone pour établir la courbe : Fréquence de dépassement / Hauteur d’agitation résiduelle
Zone analysée
LIMITATIONS de la méthode : Temps de calcul, Grands domaines, logiciels d’agitation limités aux paramètres réduits, Recomposition en cas d’analyse séparée (max; somme quadratique ?), COUTS
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 78 B. Bailly
Les seuils pour les 6 degrés de liberté
La détermination des 6 types de mouvements – associés aux conditions locales de houle, vent et courant- exige un modèle mathématique (ou physique…) du navire à l’amarrage. Ce type de modèle est normalement utilisé dans des phases de projet de détail. Dans l’avant-projet, il est alors habituel de faire référence à des valeurs de seuil concernant directement les valeurs de Hagit
3- Critères généraux pourla définition du plan de masse Critère de mouvements à poste (1)
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 79 B. Bailly
Tmax (kN) Fmax (kN)Deflection
MaxL1 138 Bow F1 2306 9%L2 140 F2 1994 7%L3 140 Stern F3 1815 7%L4 126 F4 1588 6%L5 128L6 129L7 114L8 116L9 148 Min. Max. Mean RmsL10 150L11 142 -0.21 -0.04 -0.11 +/- 0.02L12 145 -0.18 -0.02 -0.11 +/- 0.02L13 131 -0.11 0.05 -0.03 +/- 0.02L14 133L15 128 0.061 0.017 0.009L16 128 0.039 0.012 0.006
Velocity
Hea
d &
For
war
d B
reas
t Lin
es
MANIFOLDMotion, velocity & acceleration at manifold
Sprin
g Li
nes
LINE
Acceleration
LINES FENDERSMaximum Line Tension Maximum Fender Load
LINE
Surge MotionSway MotionHeave Motion
Ster
n &
afte
r br
east
line
s
0
1
0°10° 20°
30°40°
50°
60°
70°
80°
90°
100°
110°
120°
130°
140°150°
160°170°180°
190°200°210°
220°
230°
240°
250°
260°
270°
280°
290°
300°
310°
320°330°
340° 350°
Vw = 15m/s
Vc = 1.3m/s
H = 2.85m 8s
Un exemple du modèle SHIPMOORINGS utilisé pour l’étude du terminal de Dahej.
Ces modèles calculent les mouvements du navires et vitesses, au CDG et au niveau du manifold pour les tankers, mais aussi les tensions dans les lignes et les efforts sur les défenses.
3- Critères généraux pourla définition du plan de masse Critère de mouvements à poste (2)
4) D4) Dééfinition des besoinsfinition des besoins(quais et terre plein)(quais et terre plein)
Postes à quaiSurface de terre plein
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 81 B. Bailly
Besoins en nombre de postes (ou linéaires/caractéristiques de quais)
Les caractéristiques des nouveaux quais (profondeur et longueur) sont principalement déterminées par les prévisions de l’évolution des navires
Le nombre des nouveaux quais (ou leur longueur totale) dépend en revanche de la relation entre volume de trafic à exploiter (Vt) et capacité de trafic d’un quai
La capacité de trafic d’un quai est calculée à partir de la capacitéhoraire des moyens de manutention (grues, élévateurs, bras de chargement/déchargement) et du taux d’occupation acceptable du quai
Besoins en quais (1)4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 82 B. Bailly
Définition des besoins en quais (2)
Capacité annuelle de trafic d’un quai
Vt = Ng x Rg x Nh x Toccavec
Vt = volume de trafic• tonnes/an ou • EVP/an pour les conteneurs
Ng = nombre de grues (ou autres moyens de manutention)Rg = Rendement horaire pratique grues (~ capacité installée * 0.5 à 0.7)
Nh = nombre d’heures travaillées par an pour le terminal (250 à 360 j/an et 12 à 24h /jour)
Tocc = Taux d’occupation acceptable du quai (fonction du nombre de quai /activité)
Définition des besoins en quais
4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 83 B. Bailly
Rendement horaire (classiques) des grues ou autres équipement Rg
• ~ 30/50 tonnes/heure pour une grue d’un terminal pour marchandises en sacs• ~ 80/100 tonnes/heure pour une grue d’un terminal pour bois• ~ 100/300 tonnes/heure pour une grue pour marchandises diverses y compris des vracs• ~ 1000 véhicules/heure (500 in + 500 out) pour un terminal ferry,• ~ 500 à 1 000 voitures neuves/heure (in) pour un roulier VN,• ~ 50 unités/heure pour un roulier fret,• ~ 20 à 30 boites par heure (en moyenne 1 boite = 1,4 EVP) pour un portique pour conteneurs• ~ 500 à 1 000 tonnes/heures pour déchargement dans des terminaux pour vracs solides,• ~ 1 000 à 4 000 tonnes/heures pour chargement dans des terminaux pour vracs solides,• ~ 500 à 2 500 tonnes/heure pour un terminal vracs liquides* (petits navires, produits finis)• ~ 5 000 à 10 000 tonnes/heure pour un terminal vracs liquides* (grands navires, brut)• ~ 10 000 m3 GNL/heure pour un terminal GNL
* : capacité des pompes installées ~ 10% du tonnage transporté
Les rendements dépendent de la capacité installée de l’outil, de sa maintenance (panne des équipements), du conducteur, de l’organisation du travail bord à quai comme à terre, ….
Définition des besoins en quais (3)4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 84 B. Bailly
Définition des besoins en quais (4)
Nombre d’heures Nh = (limites haute et basse)• 350 X 24 pour un terminal industriel ou conteneurs• 250 X 12 pour un terminal conventionnel
Taux d’occupation Toc = dépend du nombre de postes en ligne (effet d’échelle)du % acceptable (temps d’attente/temps total de service dans le port)
• Maximum 2 à 5 % pour des ferries• Maximum 5 à 10% pour des trafics riches (conteneurs)• Maximum 10 à 15 % pour des vracs spécialisés• Maximum de 25% pour un terminal conventionnel
la variabilité des arrivées des navires, l’indisponibilité due au mauvais tempsà un niveau préliminaire, il peut être défini par la théorie des lignes d’attente
(voir le diagramme à la page suivante)dans la pratique on ne dépassera que rarement
• 30 à 40 % pour un quai• 45 à 55% pour 2 quais et • 60% (resp 70%) pour 3 (4) quais.
4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 85 B. Bailly
Définition des besoins en quais (5)
Coefficient d’occupation en fonction du nombre des postes en ligne et du %
temps d’attente/temps totalde service (selon la théorie des lignes
d’attente)
Taux d'attente1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ta/Ts
1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% 1% <5%4% 25% 38% 45% 53% 58% 60% 65% 67% 5%13% 34% 47% 55% 61% 66% 69% 71% 73% 10%17% 40% 54% 61% 67% 71% 72% 72% 76% 15%21% 45% 57% 66% 71% 74% 76% 78% 81% 20%25% 49% 63% 68% 73% 78% 79% 81% 82% 25%30% 54% 65% 70% 75% 80% 81% 82% 83% 30%33% 56% 67% 72% 77% s.s. 82% 84% 84% 35%35% 58% 69% 75% 80% s.s. 84% 85% 85% 40%38% 62% 72% 77% s.s. s.s. 85% 85% 87% 45%40% 63% 73% 79% s.s. s.s. 85% 86% 88% 50%42% 65% 74% 80% s.s. s.s. 86% 88% 89% 55%45% 67% 75% 80% s.s. s.s. 86% 89% s.s. 60%47% 68% 76% 81% s.s. s.s. 88% 90% s.s. 65%49% 70% 77% 82% s.s. s.s. 89% s.s. s.s. 70%50% 71% 78% 83% s.s. s.s. 90% s.s. s.s. 75%52% 72% 79% 83% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 80%54% 74% 80% 84% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 85%55% 75% 82% 85% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 90%56% 76% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 95%57% 77% s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. s.s. 100%
Loi d'arrivées/Loi de serviceMarkov/Erlang2/n -> Taux d'occupation en fonction du nombre de postes à quai disponibles(Sources : CNUCED / TU Delft)
Tau
x d'
occu
pation
des
qua
is a
dmissibl
es
Nombre de postes à quai
Tauxd'attente
1 2 3 4 5 6 Ta/Ts1% 1% 1% 1% 1% 1% <1%
10% 25% 35% 40% 48% 52% 1%12% 30% 40% 45% 52% 58% 2%15% 35% 42% 50% 57% 60% 3%17% 37% 45% 55% 60% 63% 4%19% 38% 50% 57% 62% 65% 5%20% 40% 52% 60% 65% 67% 6%22% 42% 54% 62% 66% 70% 7%24% 44% 56% 66% 70% 72% 8%26% 46% 58% 70% 72% 74% 9%28% 48% 60% 78% 74% 76% 10%30% 50% 62% 86% 76% 78% 11%32% 52% 64% 96% 12%34% 54% 66% 100% 13%36% 56% 68% 14%38% 58% 70% 15%40% 60% 72% >15%
Loi d'arrivées/Loi de serviceErlang/Erlang2/n -> Taux d'occupation en fonction du nombre de postes à quai disponibles(Sources : CNUCED / TU Delft)
Nombre de postes à quai
Tau
x d'
occu
pation
des
qua
is a
dmissibl
es
Port polyvalent
Port spécialisé
Arrivées aléatoires avec service régulier
Arrivées régulières avec service régulier
4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 86 B. Bailly
Définition des besoins en quais (6)
Une méthode plus détaillée pour évaluer la relation entre les paramètres opérationnels (comme le temps d’attente en % du temps total) et les taux d’occupation est l’utilisation d’un MODELE DE SIMULATION.
Ce type d’outil permet d’entrer en détail dans la logique d’exploitation des ports et des terminaux, en reproduisant (sur la base d’extractions des distributions statistiques) une année typique de fonctionnement (ou plus).
En plus, les conditions météorologiques (qui peuvent déterminer des temps d’indisponibilité) sont prises en compte, en comparant les conditions actuelles (historique de la houle et du vent) aux valeurs de seuil déterminées avec d’autres outils
L’analyse est facilitée par la disponibilité de l’animation, qui permet de visualiser les problèmes d’une manière très directe.
Cette méthode (avec le modèle de simulation ARENA), a étéappliqué au nouveau port de Tanger Méditerranée
(voir la page suivante).
4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 87 B. Bailly
Définition des besoins en quais (7)
Le modèle a montré que la présence concomitante des porte-conteneurs et des ferries crée des temps d’attente trop élevés
Modèle ARENA de Tanger MED : Ecran de l’animation
4- Définition des besoins
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Définition du plan de masse 88 B. Bailly
Définition des besoins terre plein
Une étude d’organisation du terminal spécifique est nécessaire cependant les quelques règles ci-après permettent les premières estimations :
Conteneur (surface totale):- 0.7 à 1 EVP/m2/an pour un terminal peu performant- 1.5 à 2 EVP/m2/an pour un terminal moyen- > 3 EVP/m2/an pour un terminal type transbordement
Divers et conventionnel : 8 à 12 T/m2/anMinerais export : 25 à 30 T/m2/anMinerais = 15 à 25 T/m2/anVrac liquide : 30 à 50 T/m2/anFerry / RoRo
-1.5 Ha pour trafic mixte RoPax / poste- 3 Ha pour le RoRo TIR / poste
Croisière : 1 Ha / poste
Définition des besoins pour les surfaces à terre
Les rendements des engins, la formation des conducteurs, les fluxs mis en place par l’opérateur, et l’organisation du terminal sont prépondérants pour la définition des zones à terre.
4- Définition des besoins
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
Navigation et chenauxNavigation et chenaux
Navigation et chenaux :SOMMAIRE
1. Sensibilisation aux manœuvres élémentaires
2. Définition des voies navigablesProfondeurLargeur des chenauxOutil de dimensionnement
3. Aides à la navigation
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Pourquoi une sensibilisation à la manœuvre ?
Ça , c’est ce qui explique le besoin pour l’entrainement des marins en général
Quel serait ce pourcentage si les ports étaient conçus par les marins plutôt que par les « ingénieurs » ?
La conception de toute infrastructure portuaire répond aux objectifs économiques –
techniques et de sécuritémaritime.
Elle intègre les aspects environnementaux
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Rappel des séquences de l’arrivée au port
Capitainerie(Vessel Traffic Service)
Approche
Montée du pilote
Arrêt
Mise à poste
Chenalage
Prise en remorqueEvitage
Vigie
Amarrage par lamaneurs
1. Sensibilisation aux manœuvres élémentairesTHE ART OF SHIPHANDLING
INVOLVES THE EFFECTIVE USE
OF FORCES UNDER CONTROL
TO OVERCOME THE EFFECT OF
FORCES NOT UNDER CONTROL
Charles H. COTTER, 1962 UNCONTRALLABLE FORCESUNCONTRALLABLE FORCESWind
Current / Tides
SwellIce
SeichesShallow waters
Bank and channel effectsPassing ship
Forces under controlRudder (Gouvernail)Propeller (Hélice)Bow Thruster (Propulseur)Tugs (Remorqueurs)Anchors (Ancres)Mooring Lines (Amarres)
1.1 Forces contrôlablesOn contrôle le navire en agissant simultanément sur les organes de manœuvres suivants :
– Gouvernail (giration, …) (non traité)
– Propulsions et hélices (effet de pas, …)– Propulseurs d’étrave et d’étambot– Les remorqueurs– Les ancres à draguer (non traité)
– Les amarres (non traité)
Les effets sur la manœuvre sont décrits : ils s’opposent ou se compensent les uns aux autres
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Navires servant à l’illustration des effets sur la manœuvre Description Nom Load Loa Lpp Largeur Déplac.
et caractéristiques condition (m) (m) (m) avant arrière (m3)Ferry Pass./RoRo Provence loaded 154,9 133,5 28,0 6,32 6,32 15643Ferry Pass./RoRo Rodin SeaFrance loaded 185,0 170,0 27,7 6,61 6,61 19243
LNG Carrier 205 000 CUM Membrane loaded 312,5 296,0 48,3 12,45 12,45 133000LNG Carrier 250 000 CUM Membrane loaded 345,0 332,0 55,0 12,00 12,00 161950
Porte Conteneur Reefer (1 700 EVP) loaded 174,0 160,4 24,0 8,10 8,10 19212Porte Conteneur ULCS (8 500 EVP) loaded 349,7 333,0 50,0 13,00 13,00 138530
Tanker 50000 DWT (TPL) loaded 213,0 205,0 32,2 12,81 12,81 67000Tanker 125000 DWT (TPL) loaded 270,9 258,0 48,5 14,60 14,60 150000
Tirant d'eau (m)
Nom Type Puissance Type Vitesse Rapportet caractéristiques Hélice par hélice (kW) gouv. avant arrière (noeuds) Dép / P
Provence 2 cp 9500 2 cv 2000 2000 22,0 0,8Rodin SeaFrance 2 cp 20000 2 bk 5400 1800 27,0 0,5
205 000 CUM Membrane 1 fp 31000 1 cv 2500 no 19,5 4,3250 000 CUM Membrane 2 fp 18000 2 cv 2000 2000 20,0 4,5
Reefer (1 700 EVP) 1 fp 17760 1 sp 950 950 21,3 1,1ULCS (8 500 EVP) 1 fp 54371 1 cv 2200 1800 25,0 2,550000 DWT (TPL) 1 fp 11925 1 cv no no 15,0 5,6
125000 DWT (TPL) 1 fp 14296 1 cv no no 14,6 10,5fp fixed propeller cv conventionalcp controllable pitch sh schilling
bk beckersp semispade or spade
Propulseur (kW)
1. Manœuvres - Forces contrôlables
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
FerryPass./RoRo
LNG Carrier PorteConteneur
Tanker
Dépl / Puissance
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300m
300m
Effet du type de propulsion sur l’arrêt (1)LNG 205000 CUMDistance d’arrêt : 931mCap à l’arrêt : 33.3°
LNG 250000 CUMDistance d’arrêt : 626mCap à l’arrêt : 359.8°
En arrière toutedès que l’avant du navire passela ligne noire
Porte Conteneur 174mDistance d’arrêt : 246mCap à l’arrêt : 19.0°
Porte Conteneur 350mDistance d’arrêt : 657mCap à l’arrêt : 18.8°
Barre à ZEROVo : 8 nœudsPas du tracé : 30 s25m d’eau
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Ferry / RoRo 155mDistance d’arrêt : 170mCap à l’arrêt : 359.6°
Ferry / RoRo 185mDistance d’arrêt : 168mCap à l’arrêt : 358.7°
Pétrolier 213mDistance d’arrêt : 829mCap à l’arrêt : 41.6°
Pétrolier 271mDistance d’arrêt : 1264mCap à l’arrêt : 33.5°
Effet du type de propulsion sur l’arrêt (2)
300m
300m
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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En marche avant
Effets du pas à droite sur la manœuvre
En marche arrière
Où sont les points dangereux de cette conception ?Quais faciles ?
Importance du positionnement sur le plan d’eau
Les effets s’opposent
Effet du pas à droite (une hélice)1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Allure en giration : AV lente
Allure en giration :AV toutePétrolier 271m
L1 : 330 mL2 : 511 m
L1 : 240 mL2 : 400 m
RoRo 185m
L1 : 817 mL2 : 954 m
L1 : 651 mL2 : 768 m
Effet du régime machine sur la giration (1)
A droite toute (35°)dès que l’avant du navire passela ligne noire puis ordre machine
L1
L2
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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L1 : 611 mL2 : 829 m
L1 : 522 mL2 : 753 m
L1 : 730 mL2 : 1065 m
L1 : 585 mL2 : 940 m
LNG 205000 CUM
Porte Conteneur350m
Effet du régime machine sur la giration (2)
Allure en giration : AV lente
Allure en giration :AV toute
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Propulseurs spéciaux (1)
Tuyère Kort
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Propulseurs spéciaux (2)
Gouvernail actif simple hélice
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Pod simple hélice
Propulseurs spéciaux - Pod (3)3 configurations :
High Thrust : supplies, tugs, slow speed ships
Thruster : single screw, normal speed ships
Tractor : ferries, cruise ships, twin screw, highspeed ships
High thrust
Thruster
Tractor
4 Mermaid 21.5 MW podson QM2 (2 fixed, 2 azimuthing)
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Propulseurs d’étrave et d’étambot
Pour manœuvres fréquentes ou avec des conditions difficiles
Tend à se généraliser
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Remorqueur (1)
New 442 000 dwt double hull tanker
1. Manœuvres - Forces contrôlables
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Rotor tug
See also: http://www.rotortug.com/scripts/rotorTug.php
Remorqueur (2)
Ancienne génération
THRUST COMPARISON
Exemple de force appliquée en fonction de la houle :
1. Manœuvres - Forces contrôlables
1.2 Forces incontrôlables
Ce sont les effets liés à l’ensemble des paramètres environnementaux :
– Vent– Courant– Houle– Fonds marins– Autres navires , ….
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Pétrolier Magdala, 215 000T, 1969Essais d’arrêt
pour différents vents, vitesses d’approche et profondeurs
Que penser de l’essai normalisé de l’OMI ?
1. Manœuvres - Forces incontrôlables Effets divers
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60 à 70°
35 à 45°
45 à 55°55 à 65°1 quart = 11,5°
Effet du vent1. Manœuvres - Forces incontrôlables
Pas de l’hélice
Gouvernail
Equilibre à trouver même en ligne droite
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On peut aller droit si on gère correctement les
ordres de barre
-100
0
100
200
-150 -50 50 150 250 350 450 550 650 750 850 950 1050 1150
Profondeur 10 m
Vitesse initiale 8.0 nds
200 Vitesse initiale 4.7 nds
700
1400
-2600 -1900 -1200 -500 200
Courant 1m/sL’évitage sur bâbord n’est peut être pas favorable
Essais CETMEF
Courant traversier de 2 nœuds
Effet du courant1. Manœuvres - Forces incontrôlables
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Courant
Navire en approche
Nouveau port roulier de Tanger
Vent d’ENE
Transverse Wind Force
0
50
100
150
200
250
300
350
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Forc
e (k
N)
5m/s
10m/s
15m/s
20m/s
Transverse Current Force
0
50
100
150
200
250
300
350
0102030405060708090100110120130140150160170180
Angle off Stern (Deg)
Forc
e (k
N)
0,50m/s
1,00m/s
1,50m/s
Vent contre courant avec navire en évolution :
Adaptation permanente de la trajectoire du navire par des ordres de barre et de machine successifs
Tanker 2 500 DWT – 50% loaded – D=4m, Freeboard=4m
Comparaison des efforts Vent - courant1. Manœuvres - Forces incontrôlables
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Shallow water effects
Effet des fonds (1)
Deep & shallow waters
1. Manœuvres - Forces incontrôlables
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Effet des fonds (2)
L1 : 585mL2 : 940m
L1 : 872mL2 : 1474m
Porte Conteneur350m
Allure en giration : AV lente
ESSO OSAKA: VLCC 250 000 dwt
Profondeur 25 m Profondeur 15 m
Un approfondissement améliore les manœuvres -> sécurité
Tendance identique sur l’arrêt
1. Manœuvres - Forces incontrôlables
2. Définition des voies navigables
Une fois établi le « concept », le design du plan de masse du port entre dans le détail, par la conception des voies navigables :
– Chenal d’accès (tracé et profondeur)– Passe d’entrée (largeur et orientation)– Cercle d’évitage et distance d’arrêt des navires
Des formules et règles empiriques données par la littérature et validées par des associations internationales (AIPCN) permettent de préparer un avant-projet
Pour le projet définitif, des essais avec un simulateur mathématique de manœuvre sont recommandés pour des aménagements importants. Des modèles sédimentologiques sont également réalisés pour évaluer la sédimentation et déterminer les dragages d’entretien nécessaires
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly27
Conception des voies navigables
Données de projet• Navire de projet• Données environnement physique
Avant-projet• Tracés • Conditions géométriques
o Largeur chenalo Diamètre cercle d’évitageo Distance d’arrêt
• Profondeurs
Conception des voies navigables•Chenal d’accès•Zone d’arrêt et d’évitage
Validation par modélisation• Modèles hydro-sédimentaires• Simulateur mathématique
Projet définitif• Voies navigables
o Chenalo Zone d’arrêt et d’évitage
• Aides à la navigation • Estimation dragage d’entretien
2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly28
Définition de la profondeur (1)
Avant-projet : Facteurs à prendre en considération
Navire
Profondeurs du chenal et du cercle d’évitage
2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly29
Avant-projet : Définition de la profondeurFormules simplifiées
• Hauteur d’eau de référence : Zéro Hydrographique (0 CM : zéro des cotes marines) = Limite des basses marées extrêmes
• Parmi les facteurs en jeu, seul le sur-enfoncement (squat) peut être calculé avec des formules simples, comme celle de BARRAS Squat = (Cb x ( Sn/Sc ) 0,66 x V 2,08)/30
• Cb = Coefficient de bloc • Sn = section navire - Sc = section chenal• V = vitesse navire en nœuds
• La profondeur de projet P (pour des houles de Hs ≤ 1m) , par rapport au tirant d’eau du navire de projet Te, varie (selon l’état des paramètres de droite) entre :
P = (1,30 x Te)m CM
P = (1,15 x Te)m CM
P = (1,07 x Te)m CM
• Type de navire•Chenal exposé (+) ou protégé (-)• Houle et/ou courants transversaux significatifs (+) ou non (-)• Nature des fonds rocheux (+) ou sableux (-)• Sédimentation envisagée importante (+) ou faible (-)• Nécessité d’exploitation du port continue (+) ou non (-)• Marchandises dangereuses (+) ou non (-)
+
_
Définition de la profondeur (2)2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly30
Etude du clair sous quille :
V=0 V=6 nœuds V=6 nœuds V=6 nœuds
Origines des variations du tirant d'eau en un point donné sur un navire :
• a/ la vitesse d'avance du navire : enfoncement et prise d'assiette "dynamiques"
•b/ le vent : moment inclinant sur le navire
•c/ la houle : combinaison des mouvements oscillants de pilonnement, roulis et tangage
1 2,3 4,5 6
1
2
3
4
5
6
a / b / c /
• La profondeur de projet P (pour des houles de Hs > 1m), par rapport au tirant d’eau du navire de projet Te doit être de manière préliminaire > 1.3 x Te• En fonction de la longueur du navire, de sa vitesse, de la longueur d’onde de la houle et de son incidence / axe du chenal le rapport P peut atteindre des valeurs entre 1.6 et 2.
Il existe aussi des règles « du pouce » mais pour ne pas sur-draguer il faut réaliser une étude de CLAIR SOUS QUILLE précise.
Définition de la profondeur (3)2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly31
Houle de Hs=1.5 m
LNG type Qmax de 250,000 m3 (L=327 m; B=50 m; T=12,5 m) - Vitesse d’approche : 5 nœuds
Incidence : 90 °
Incidence : 135 °
Incidence : 45 °
90 °
135 °
45 °
180 ° 0 °
Définition de la profondeur (4)2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly32
Tracé des voies navigables, Largeur du chenal W
Règles « du pouce »
W = 4 x B (1 voie et conditions faciles)
W = 5 x B (1 voie et conditions difficiles)
W = 6 x B (1 voie et conditions très difficiles)
W = 8 x B (2 voies)
Largeur du chenal
• Voie de manœuvre (par rapport à la largeur B du navire de projet)1,3 x B, pour des navires à bonne manoeuvrabilité,1,5 x B, pour des navires à moyenne manoeuvrabilité,1,8 x B, pour des navires à mauvaise manoeuvrabilité,
• + Sur-largeurs (fonction des paramètres locaux) : elles peuvent être calculées à partir des tableaux du « Guide de conception aux chenaux – AIPCN »
2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly33
Planimétrie de la partie à l’extérieur du port
Courbure du chenal
• Rayon de courbure > 8 à 10 L (L = longueur du navire de projet)• Sur-largeur en courbe > L/8• Angle maximum de la courbe < 30°
2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly34
Planimétrie de la partie à l’intérieur du port
Distance
D’arrêt
Cercle
D’évitage
Tracé des voies navigables internes
• Cercle d’évitage = Diamètre D entre 1,5 et 2 x L (en fonction des caractéristiques de manoeuvrabilité des navires – 1,5 ferries, 1,8 porte-conteneurs, 2 vraquiers)• Distance d’arrêt, Da (mesurée entre le début de la protection assurée par la digue principale et la limite interne possible de la trajectoire du navire) = entre 2 et 5 x L
2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly35
Outil de dimensionnement (1)
Simulateurs de manœuvre (2D et 3D)
Ces modèles prennent en compte :• les caractéristiques du navire (dimensions, propulsion),• les données océanographiques (houles, courants, marées, vents) calculées
par ailleurs,• la géométrie du port et des accès
Ces modèles sont interactifs :ordres donnés aux navires (propulsion, gouvernes)
==> position visualisée en temps réel sur écran
Ces simulations sont essentiellement utilisées pour les navires des ports de commerce et des terminaux passagers
Ils permettent la vérification du bon fonctionnement des aménagements projetés (ou de l’amélioration d’un port) par les marins concernés (avec leurs navires habituels)
2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly36
Exemple d’écran de contrôle d’un simulateur 2D
Remorqueurs
Moteur
Barre
Trajectoire
Ecran de contrôlede PORTSIM
Outil de dimensionnement (2)2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly37
Solution D
Alternative D –Accostage d’un feeder de 202 mVent = 25 nœuds de Sud-Ouest
Alternative B –Accostage d’un feeder de 202 mVent = 20 nœuds de Sud-Ouest
Climat de vent : Capitainerie de Mohammedia (% occurrence)
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,400
30
60
90
120
150210
240
270
300
330
Vitesse > 5.4 m/s
Les études avec simulateur mathématique ont montré que l’accostage est plus sûr pour la darse de la solution D, disposée selon les vents dominants. Un seuil opérationnel de 25 nœuds (contre 20 noeuds pour la solution B) a été défini.
Rose des vents
Vents dominants
Outil de dimensionnement (3)2. Définition des voies navigables
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly38
Trace rouge : coté Nord du navire
Trace verte : coté Sud du navire
Nous pouvons observer que l’enveloppe des trajectoires se situe à l’intérieur du tracé des voies navigables (mais sans beaucoup de marge….)
Enveloppe des trajectoires de toutes les manoeuvres
Outil de dimensionnement (4)2. Définition des voies navigables
3. Aides à la navigation
Balisage : Etude de cas - Le port de Tanger Med :
– Cardinale Nord– Bouée de chenalage– Feu à secteur– Feux de musoirs
Aides à l’accostage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly40
Aides à la navigation (1)
Le cas de Tanger Med
3. Aides à la navigation
E
N
S
O
Arrivée d’un Méga porte-conteneurs
N188°
N160°
25 nds
4 m
1 m/s
Les aides signalent :
• Les caps et les pointes rocheuses : Feux à balayage
• Les secteurs d’approche : Feux à secteur
• Les axes des passes ou des approches : Feux d’alignement
• Les dangers de grande emprise : Les cardinales Nord, Est, Sud et Ouest respectivement localisées au Nord, Est, Sud et Ouest des dangers
•Les dangers isolés : Marques spéciales
• Les limites des chenaux : Bouées latérales bâbord (àgauche en rentrant dans le port) et tribord (à droite) de couleurs rouge et verte
• Les musoirs des digues : Feux de musoirs bâbord et tribord
• Les gênes dans un port : Bordures lumineuses
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly41
Aides à la navigation (2)
Signalisation de la chaussée rocheuse :Cardinale Nord
Limite bâbord du chenal àmarquer :Bouée latérale ROUGE
Secteur d’approche sans danger :Feu à secteur
Musoir bâbordFeu de musoir ROUGE
Musoir tribordFeu de musoir VERT
Axe du chenal à marquer :Feux d’alignement
Coin du port àmarquer :Bordure lumineuse
Signalisation de la pointe :Feu à éclat
3. Aides à la navigation
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly42
Assistance à l’accostage (1)
Marine Environmental Monitoring System (MEMS)
Système mesurant et restituant localement :
• Niveau de l’eau
• Houle
• Courant
• Vent
Source Marimatech et Trellebord
3. Aides à la navigation
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Navigation et chenaux B. Bailly43
Assistance à l’accostage (2)
Assistant pour pilote
3. Aides à la navigation
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Assistance à l’accostage (3)
Ship Berthing System (SBS)
Source Marimatech et Trellebord
3. Aides à la navigation
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
DragagesDragageset matet matéériaux draguriaux draguééss
Dragages et matériaux dragués :SOMMAIRE
1/ Dragages
• Dragues mécaniques
• Dragues hydrauliques
• Impacts généraux sur le milieu marin
• Prise en compte de l’environnement
2/ Devenir des matériaux dragués
• Matériaux de remblai
• Rechargement des zones littorales
• Clapage en mer
• Stockage à terre
1. Dragues
� Dragages
Généralités : Les dragues sont des navires indispensables à toute réalisation portuaire et maritime.
Il existe des dragues « mécaniques » et « hydrauliques » de caractéristiques très différentes en fonction des besoins et type de matériaux à draguer.
Elles peuvent être utilisées aussi bien pour la création de bassin et que pour la restauration de milieux naturels humides
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly4
Généralités sur le dragage
Les projets de dragage peuvent être classés selon leur finalité
Remblais (hydrauliques)
Dragage d’entretienExtraction
Dragage environnementaux
Ou projets combinés
Graviers et minéraux par
ex
1. Les dragues
Approfondissements
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly5
Les différents types de dragues (1)
Dragues mécaniques
Grab DregderBackhoe Dregder Bucket Dregder
Dragues hydrauliques
Drague aspiratrice en marche (THSD)
Drague stationnaire (CSD)(mélange eau + sol excavé)
(Stationnaires)
1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly6
Dragues hydrauliques
-Drague autopropulsée, navigue.
- excavation = pompage d’une mixture eau + sédiments
- le dépôt peut se faire :
� clapage
� « rainbow »
� conduite de refoulement
- très haute production ≈ 800 000 m3 / semaine (ex : pour une drague « Nil River »)
- adaptée presque tous les sols sauf les roches
- viable pour des houles fortes et des profondeurs importantes (~ 120 m max)
- peut couvrir de longues distances zone d’emprunt – site du remblai
- applications : remblai de zones gagnées en mer, de plages, remplissage de fosses sous-marine, entretien chenaux, etc.
Aspiratrice en marche TSHD
Les différents types de dragues (2) 1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly7
Caractéristiques
Adaptée pour les sols meubles.
Vitesse en opération de 1 à 3 nœuds (soit au minimum 30m/s)
Capable d’atteindre des grandes profondeurs
Houle limite : Hs ~ 2 m
•Petite drague ( < 3000m3) adaptée travaux de maintenance
•Moyenne drague (4000 à 9000m3) adaptée au travaux portuaire
•Grande drague adaptée travaux de remblaiement
Stationary Suction Hopper Dredger adaptée pour travailler en milieu plus confiné.
Trailing Suction Hopper Dredgers
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Tirant d'eau (m)
Ho
pp
er c
apac
ity
(m3)
Aspiratrice en marche (Trailing suction dredger)
Trailing suction hopper dredger(Source British Standards)
Trailerarm
Sand in hopper
Les différents types de dragues (3) 1. Les dragues
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Dragues hydrauliques
-Drague stationnaire sur 2 ancrages et des pieux.
-Procédé = désagrégation du sol avec la roue de coupe => pompage du mélange eau + sol => transport des produits de dragage par barges ou par conduites
-La roue balaye une large surface suite à la rotation de la drague autour des pieux
- très haute production ≈ 750 000 m3 / semaine pour une pompe de 15 000 kW
- adaptée presque tous les sols sauf les roches > 30 cm
- travaux de dragage précis en vertical comme en horizontal
- viable pour des houles moyennes à faible et des profondeurs faibles (30 à 35 m)
- évacuation par barges ou par conduites
- applications : travaux portuaires, remblai de zones gagnées en mer, de plages, remplissage de fosses sous-marine etc.
Stationnaire CSD
Les différents types de dragues (4) 1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly9
Cutter Suction Dredger
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 1 2 3 4 5 6 7
Tirant d'eau (m)
Cut
ter
Po
wer
(kW
)
Cutter suction dredger (Drague désagrégatrice à succion)
Adaptée sols sableux et roche modérément dures (production 500 à1000m3/h de matériaux en place)
La puissance nécessaire pour le cutter dépendent des caractéristiques de la roche : altération du rocher (%RQD) - résistance à la compression (UCS) et abrasivité• RQD>50% : une fracturation préalable du rocher est nécessaire• RQD<50% la puissance et la dimension de la CSD peut être réduite• Dragage économiquement des rochers pour UCS<20MPa (cutter de 3 à4000 kW)• Limite de dragage des plus puissantes : UCS = 40-50 MPa
Houle limite pour le dragage de roche : Hs<0.75m (Tp=8s) / Hs<1m (Tp=6s)Houle limite pour le dragage de sable : Hs<1 à 1.25m (grande) / Hs<0.4m (petite)Attention particulière lorsque les sols sont argileux.
Automotrice avec un total installed power ~28000 kWStationnaire avec un total installed power
~3600 kW
Les différents types de dragues (5) 1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly10
Suction dredger (Drague aspiratrice stationnaire)
Caractéristiques
Adaptée pour des sols meubles.
Dragages dans zone localisée et calme (marina, entretien bassin et chenaux).
Les différents types de dragues (6) 1. Les dragues
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Principales Dragues mécaniques
-Sur un ponton fixé par des pieux
- Excavation => transport horizontal => zone de remblai
-La barge fait des A/R lors du déchargement
- exemple de rendement pour un BHD type Big Boss (circonstances « idéales »)
- ≈ 50 000 m3 / semaine
- adaptée presque tous les sols et roches tendres (UCS ≤ 5 MPa)
- viable pour des faibles houles (< 1m) et de faibles profondeurs (< 20m) et zones localisées
BACKHOE DREDGER
Les différents types de dragues (7)
(Pelle retrocaveuse sur ponton)
1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly12
Fracturation du sol avant dragage
Marteau hydraulique Forages + explosifs (Source British Standards)
Peuvent également être envisagés:
• Explosifs sans forages (dépend des contraintes environnementales)• Forages destructifs
1/ 2/
1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly13
Impacts généraux des travaux de dragage sur le milieu marin
Augmentation de la turbidité
Destruction de l’habitat faune/flore
existants
Dépôt des sédiments remis en
suspension
Réduction de la lumière
Recouvrement des habitats
Réduction du couvert végétal
Apparition d’un nouvel habitat
Apparition d’un nouvel habitat
Source : DREDGING MANAGEMENT PRACTICES FOR THE ENVIRONMENT A STRUCTURED SELECTION APPROACH, 2008. PIANC
1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly14
Système pour limiter la propagation du nuage turbide
Ecran géotextile Ecran de bulles
Source : Internet
Exemple d’écran géotextile limitant
1. Les dragues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly15
Prise en compte de l’environnement
InfluenceLes techniques et modalités de mise en œuvre des dragages (type de drague,
types de déchargement, …)
Prise en compte de l’environnement (1)
surverse
turbidité
2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly16
;;;; CAS n° 1: dragages de sédiments contaminés
;;;; CAS n° 2: site de dragage situé à proximité d’espèces protégées
Prise en compte de l’environnement
InfluenceLes techniques et modalités de mise en œuvre des dragages (type de drague,
types de déchargement, …)
Influence
Le type de rejet/déchargement (en mer, à terre)
Le mode de dragage de manière à limiter les « fuites » et limiter les surplus de dragages
InfluenceLe mode de dragage de manière à limiter l’impact des opérations sur les espèces fragiles (limitation de la turbidité, …)
Prise en compte de l’environnement (2)2. Devenir des matériaux dragués
2. Devenir des matériaux dragués
� Devenir des matériaux dragués
Selon leurs caractéristiques mécaniques et leurs degré de contamination, les matériaux dragués peuvent être :
- utilisés comme remblai hydraulique- utilisés pour lutter contre les impacts sédimentologiques des ports- stocker à terre ou perdu en mer
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly18
Matériaux réutilisables pour la construction du port (1)
2 catégories en fonction des disponibilités des matériaux et des possibilités techniques de mise en œuvre et de compactage :
Catégorie 1 « Remblais sous l’eau » : (jusqu’à +1mCM) Idéalement (couts d’ouvrage, cadence), mis en œuvre sous forme de remblais hydrauliques puis compactés (amélioration à prévoir). Un tassement de l’ordre de 8% à 10% devra être pris en compte dans les calculs de volume à mettre en place.Catégorie 2 « Remblais hors d’eau » : (de +1mCM jusqu’à 1m en dessous de la cote finale du terre-plein) matériaux de carrière exclusivement
Provenance des matériaux:
• Source 1 : des dragages et sur-dragages autorisés du bassin portuaire• Source 2 : des extractions de sable au large en mer (profondeurs > -25mCM si pas de législation)
• Source 3 : des carrières terrestresType de critères pour les remblais hydrauliques (sources 1 et 2) après traitement et sous charge :
• Tassement différentiel
• Tassement total
• Compaction vérifie à l’aide d’essais in situ type CPT• Part de fines sera limitée à 10%
2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly19
A priori, seuls les matériaux issus du déroctage ou dragués dans des zones identifiées de gisement de bons sables(plus au large) pourront être réutilisés.
Ces matériaux pourront être transportés vers le site de construction :- par des barges si backhoe dredger (Photo 1)- par l’intermédiaire de conduites flottantes directement au niveau du terre-plein si THSD ou CSD (Photos 2 et 3)- directement en rainbow depuis une THSD (voir photo 4)
Photo 2: Conduite flottante
Photo 3: Refoulement des matériaux pour remblaiement des terre-pleins
Photo 1: barge escortée par remorqueur puis clapage
Caractéristiques recherchées :• une teneur en fines inférieure à 10%• un taux de carbonate <50% si le sable est décrit comme coquillier• avoir un D50 si possible > 200 microns
Matériaux réutilisables pour la construction du port (2)
Photo 4: Rainbow
2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly20
AMELIORATION DES REMBLAIS HYDRAULIQUES
Colonnes ballastées
Consolidation dynamique (poids lourd)
Consolidation par le vide
Vibrocompaction
Préchargement + drains verticaux
Argile Silt Sable Graviers Remblai rocheux
Matériaux réutilisables pour la construction du port (3)2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly21
Les sables accumulés en amont du port ou en stock au large sont repris tout au long de la vie de l’ouvrage afin de rétablir artificiellement le transit sédimentaire interrompu et déplacés vers les zones en érosion:- Rechargement des épis- Rechargement de plage en aval du port
Dragage par drague aspiratrice en marche puis refoulement par canalisation flottante ou posée sur le fond
Canalisation flottante
Canalisation posée sur le fond
Non adapté pour Hs >1.5 m
Sprayer pontoon
Utilisation pour rechargement des zones en érosion (1)2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly22
Dragage par drague aspiratrice en marche puis refoulement par rainbow
62 mCapacité: 5600 m3Tirant d’eau max: 7m Capacité: 1400 m3
Tirant d’eau max: 3.8m
Capacité: 400 m3Tirant d’eau max: 3m
Drague polyvalente (aspiratrice et à bennes à clapets)Pourrait être le type de drague basée au port et réalisant les dragages d’entretien en continu.
Ce type de rechargement pourra s’effectuer indifféremment sur l’une ou l’autre des zones en érosion sans avoir à
déplacer des canalisations.
42 m
Utilisation pour rechargement des zones en érosion (2)2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly23
;;;; CLAPAGE EN MER possible si:
: Faible contamination du matériau
Nécessité de réaliser une évaluation du degré de contamination
: Faible sensibilité de l’écosystème récepteur
Nécessité de réaliser une étude d’impact
Matériaux non réutilisables (1)
Matériaux contaminés ou de mauvaise qualité
2. Devenir des matériaux dragués
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Dragages et matériaux dragués B. Bailly24
;;;; A TERRE Traitement et stockage = COUT ELEVE
ÃÃÃÃ Réessuyage à terre ÃÃÃÃ GéotubeTM ÃÃÃÃ Séparation granulaire
Matériaux non réutilisables (2)2. Devenir des matériaux dragués
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
Houle de projetHoule de projet
Conception Portuaire – Houle de projet :SOMMAIRE
1. Détermination d’un événement extrêmeMéthode recommandée « POT »Notion de risque
2. Méthodes pratiquesMéthode « usuelle » - Exemple du nouveau port de Ksar SghirMéthode « Etat de l’art » - Exemple du port de Nador West Med
1. Détermination d’un événement extrême
Méthode « POT » recommandée• Méthodes• Recommandations• Les résultats
Durée de vie / Temps de retour
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 4
La conception des digues: la houle de projet
La houle de projet est le paramètre essentiel pour dimensionner l’ouvrage. Deux cas sont à considérer :
1. La digue est implantée par grande profondeur et la houle ne peut déferler sur la digue une étude statistique fine est alors nécessaire pour déterminer les houles extrêmes (périodes de retour de 50 à 100 ans pour les grandes digues).
2. La digue est implantée par faible ou moyenne profondeur Les houles les plus fortes déferlent au large -> les fonds limitent la hauteur de la houle immédiatement au large de l’ouvrage.
Remarques
Dans le cas 1, il n’y a pas de « limitations physiques », la houle de projet peut être «dépassée».
Dans le cas 2 (fréquent pour les digues à talus) la détermination du niveau de la mer à prendre en compte est sur le chemin critique. Il faut considérer attentivement:
La composante astronomique (niveau de vive-eau moyenne),La composante météorologique (calcul des sur-côtes dues au vent et à la dépression pour des conditions
exceptionnelles).
Le point de départ de la conception: la houle de projet
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 5
Introduction
L’étude des évènements extrêmes s’effectue à partir de l’analyse d’une série temporelle de longue durée des hauteurs significatives des états de mer mesurés ou reconstitués.
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
1-sept-96 1-oct-96 1-nov-96 1-déc-96 1-janv-97 31-janv-97 3-mars-97 2-avr-97 3-mai-97 2-juin-97
Hm
o (m
)
1. Détermination d’un évènement extrême
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 6
La méthode recommandée actuellement
Méthode du renouvellement ou du pic au-dessus d’un seuil(« Peaks-Over-Threshold » = « POT » method)On retient toutes les tempêtes dont le pic en hauteur a dépassé un certain seuil.
Bouée LHA - point 07602
2.79
3.183.21
2.70
3.20
2.412.41
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
30-déc-97 6-janv-98 13-janv-98 20-janv-98
date
Hm
o (m
)
12
3 4
5 6
7
Seuil : Hmo=2,0 m
7 tempêtes sélectionnées sur la période
Prendre garde aux
fluctuations5 grandes étapes :
a) Série temporelle
b) Constitution échantillon extrême
c) Ajustement d’une loi théorique
d) Calcul échelle période de retour (Tr)
e) Estimation intervalle de confiance
1. Détermination d’un évènement extrême
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 7
a/ Série temporelle = Etablissement de la base de données des états de merNécessité d’isoler des données homogènes•Source de donnée homogène•Identification des vagues créées par des évènements météorologiques semblables par analyse météorologique, saisonnière et directionnelle•Séparation des systèmes de vagues (houle pure / mer de vent / Cyclone …)
b/ Constitution de l’échantillon extrême : choix du seuil et sélection des pics de tempêtesOn ne retient que la valeur de hauteur significative la plus forte pour une tempête.•Série temporelle d’un minimum de 15 à 20 ans pour extrapoler les houles cinquantennales à centennales•Echantillons homogènes •Un premier choix de seuil « bas » peut correspondre à 5 à 10 tempêtes par an.•Une analyse de sensibilité quant au comportement statistique de l’échantillon permet de déterminer un « meilleur »seuil statistique (seuil haut).
c/ Ajustement d’une loi théorique
•Plusieurs lois statistiques sont possibles (GPD, Weibull, Gumbel, Gamma)
•Choix de la meilleure distribution (critères statistiques, stabilité de la loi aux seuils, ..)
•d/ Calcul de l’échelle des périodes de retour = On affecte à une période de retour Tr une fréquence de non-dépassement valant F(Tr)= 1-1/(lTr) avec le nombre moyen de tempêtes par an utilisé dans l’analyse. Un état de mer centennal a une période de retour de 100 ans.
e/ Estimation de l’intervalle de confiance = L’intervalle de confiance autour de la loi théorique ajustée se calcule par des techniques statistiques de rééchantillonage.
Recommandations pratiques1. Détermination d’un évènement extrême
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 8
Un graphique synthétique des résultats de la méthode
Un échantillon extrême
Une loi d’ajustement théorique
Un seuil
Un intervalle de confiance
Une échelle des période de retour
1. Détermination d’un évènement extrême
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 9
Exemple de résultat
Sélection de 281 tempêtes en 56 ans avec un seuil en hauteur de 9,5 m
Meilleur ajustement obtenu avec une loi GPD.
Période de retour
(an)
Hs (m) IC 90% - IC 90% + Ampli-tudeIC
1 12,1 11,9 12,3 0,4
5 14,0 13,6 14,4 0,7
10 14,7 14,2 15,2 1
20 15,3 14,7 15,9 1,2
50 16,0 15,2 16,8 1,6
100 16,4 15,5 17,4 1,9
1. Détermination d’un évènement extrême
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 10
Durée de vie et temps de retour
Relation entre :
- Période de retour (événement)
- Durée de vie (ouvrage)
- Probabilité d’occurence
C’est en réalité une notion de risque « accepté »
Notion applicable au séisme
Pratique pour les ouvrage de protection maritime :
- Valeur probable
- Valeur maximale de l’intervalle de confiance
- Valeur probable + 10%
Pratique pour terminal méthanier
1. Détermination d’un évènement extrême
2. Méthodes pratiques
Exemple de la méthodologie usuelle : Ksar Sghir
Exemple d’une méthodologie à l’état de l’art : Exemple de Nador West Med
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 12
Méthode usuelle (1)2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
Houle de projet à l’ouvrage : Type de méthodologie usuellement pratiquée
0.000.000.000.000.000.0005
-20
-50-40-30
4.004.004.00-10
2.002.00-5
-500
-1500-1000
-100
-60
-90-80
16.00-70
Bathymétrie (m)Bathymétrie (m)m CM
Point
Large port2/ Détermination évènements extrêmes au large
=> Tempêtes N-ales de projet (Hs, Tp, Dir)
Prise en compte du chenal
1/ Une série temporelle -> tableaux de contingence
Hs/Dir – Hs/Tp – Tp/Dir
3/
-Transfert à la côte des tempêtes de projet avec analyse de sensibilité (direction, période)
- Obtention pour chaque tempête et chaque zone analysée d’un coefficient de réduction (Cr) à appliquer sur le Hs et d’une nouvelle direction
4/ Choix de la valeur de projet par zone pour dimensionner l’ouvage de protection
Zone analysée
PRECAUTIONS à prendre : Bonne analyse de la bathymétrie et de la météorologie locale
Analyse bathymétrie
Méthode légèrement conservative
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 13
Méthode usuelle : Exemple de Ksar Sghir (2)
Houles océaniques
Secteur Ouest(N270° à N290°)
Houles océaniques
Secteur Ouest(N270° à N290°)
Houles d’Est (N80°)
Houles d’Est (N80°)
Vents d’Est (N45°)Vents d’Est (N45°)
Site de K’sar SghirSite de K’sar Sghir
SSSSSSSSSS
NNNNNNNNNN
EEEEEEEEEEWWWWWWWWWW
Temps de retour
Direction(°N)
PériodeTp (s)
Hauteur significative Hs (m)
Direction (°N)
Vitesse (m/s)
1 an 290 15 5.610 ans 290 16 7.2
100 ans 290 18 8.5100 ans 270 18 8.5
1 an 80 9 4.5 45 25
10 ans 80 10 6.1 45 29
100 ans 80 11 7.1 45 34
Hou
les
océa
niqu
esH
oule
s d'
Est
Vent
s d'
Est
Conditionsd’agitationétudiées
Conditionsd’agitationétudiées
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 14
Emprise des modèles de propagation de la houle
SSSSSSSSSS
NNNNNNNNNN
EEEEEEEEEEWWWWWWWWWW
Projection : Lambert Maroc zone I Nord – Nivellement : CM
16.8 km
11.3 km
3 km
2.5
km Modèle local3 km x 2.5 km
Inclinaison : 20°Maille de calcul = 10m
Modèle local3 km x 2.5 km
Inclinaison : 20°Maille de calcul = 10m
Modèle régional16.8 km x 11.3 km
Maille de calcul = 100m
Modèle régional16.8 km x 11.3 km
Maille de calcul = 100m
Méthode usuelle : Exemple de Ksar Sghir (3)
Conditions aux limites uniforme
Conditions aux limites uniforme
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 15
SSSSSSSSSS
NNNNNNNNNN
EEEEEEEEEEWWWWWWWWWW
Direction = N290°Tp = 18.0 sHs = 8.5 m
Direction = N290°Tp = 18.0 sHs = 8.5 m
Agitation(m)
8.5
7.0
7.5
8.0
9.0
1.0
0.5
1.5
2.0
6.0
4.5
5.0
5.5
6.5
3.0
2.5
3.5
4.0
Point d’analyse pour l’agitation
Méthode usuelle : Exemple de Ksar Sghir (4)
Propagation
Points d’analyse pour dimensionner la digue
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 16
Houle de projet le long de la digue
-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,07,58,0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Distance au musoir (m)
Hm
0 (m
)
-16,0
-14,0
-12,0
-10,0
-8,0
-6,0
-4,0
-2,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
Prof
onde
ur (m
)
Points Swan
Houle centennale
Houle décennale
Profondeur
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10
MCMF ME MD MB MA
Méthode usuelle : Exemple de Ksar Sghir (5)2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 17
4
5
6
7
8
9
10
25 30 35 40 45Distance
Hau
teur de ho
ule
‐35
‐30
‐25
‐20
‐15
‐10
‐5
0
Fond
s H1/3 Hmo Fonds
Calculs de stabilitéhydraulique des ouvrages ► Attention au choix du paramètres de houle
Comment l’estimer :
► Formules existantes
► Applications de logiciels de propagation dans le profil avec approches spectrale et statistique
Attention : Hs=Hmo ou Hs=H1/3
Evolution dans le profil de Hmo et H1/3
La plupart des logiciels utilisent Hmo (propagation, agitation et de génération de houle en laboratoire)
CEPENDANT, beaucoup de formules pour le calcul de la stabilité hydraulique utilisent H1/3
Au large : H1/3 / Hmo ~ 1
A la côte : H1/3 / Hmo > 1
Zone de gonflement avant le déferlement
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 18
October 28, 1998 at 11:00
0
1
2
3
4
5
6
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Frequency (hertz)
spec
tral
den
sity
(m²*
s)
measured spectrum swell part wind sea part
0.000.000.000.000.000.0005
-20
-50-40-30
4.004.004.00-10
2.002.00-5
-500
-1500-1000
-100
-60
-90-80
16.00-70
Bathymétrie (m)Bathymétrie (m)m CM
Points devant la digue
1/ Reconstitution des états de mer sur une grande emprise
Prise en compte bathymétrie
4/ Série temporelle des états de mer complets en chaque point d’analyse
LIMITATIONS de la méthode : Puissance et temps de calcul, COUTS
Méthode « Etat de l’art » (1)Houle de projet à l’ouvrage : Type de méthodologie à l’état de l’art
2/ Assimilation / calibrage avec mesures de satellies
3/ Transfert à la côte – Calibration (si mesures par bouée)
5/ Détermination évènements extrêmes en chaque point (Hs, Tp, Dir)
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 19
IV : 80 m x 100 mIII : 400 m x 500 mII : 2.8 km x 3 kmI : 17 km x 22 kmRésolution spatiale des grilles (propagation)
1.1/ Choix d’un ensemble de grilles de calculs avec mailles permettant de bien représenter la bathymétrie
Exemple de Nador West Med (2)
Dans l’avenir : Mailles variables
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 20
2/ Mesures satellitales : Assimilation / Calibration
SWAN
Champs de vent sur la mer d’Alboran
Exemple de Nador West Med (3)
1.2/ Reconstitution des états de mer à partir de champs de vent et pression
WaveWatch III
WW III ou SWAN
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 21
Situation reconstituée le 28/02/1995 à 6h00
Conditions aux limites « réelles »
Exemple de Nador West Med (4)3.1/ Transfert à la côte (avec comme conditions aux limites des grilles : vent et état de mer)
3.2/ Calibration/ Validation bouée
Conditions aux limites « réelles »
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 22
Exemple de Nador West Med (5)4/ Série temporelle des états de mer complets en chaque point d’analyse
October 28, 1998 at 11:00
0
1
2
3
4
5
6
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
Frequency (hertz)
spec
tral
den
sity
(m²*
s)
measured spectrum swell part wind sea part
2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Houle de projet 23
5/ Valeurs extrêmes au point 1 pour le secteur O-NO
Exemple de Nador West Med (6)2- Méthodes pratiques pour les ouvrages de protection
Note : La méthode « état de l’art » a été appliquée pour Ksar Sghir au point E (pour servir de calibration) -> Hmo centennale diminuée de 0.5m en comparaison avec la méthode usuelle (bon résultat conservatif)
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
Conception des diguesConception des digues
Conception des digues maritimes: SOMMAIRE
1. Les typologies des digues et les critères de choix
2. Les digues à talus
3. Les digues verticales en caissons
4. Autres vérifications
1. Les typologies des digues et les critères de choix
Les typologies principales des digues de protection
Les conditions dans lesquelles des solutions non conventionnelles peuvent être envisagées
Les critères de choix entre les solutions «conventionnelles»: digue à talus et digue en caissons
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 4 B. Bailly
Planning général des études pour la conception d’une digue maritime
Etudes préliminaires
Objectif de l’ouvrage(emprise possible,
franchissements, critères opérationnels du port
protégé.. )
Les fonds marinsDonnées de houle et vent, Données de courants et niveauxMéthodes constructives
Avant-projet
Projet
Levé bathymétrique et géosismique, géotechnique à terre fonds marins, hypothèses réalistes sur les conditions géotechniques Etudes spécifiques pour préciser le climat des houlesEtudes plus fines des méthodes constructives, carrières, béton
Reconnaissances géotechniques en merReconnaissance détaillée des carrières
Mise au point
Etudes sur modèle physique (canal et/ou cuve à houle) Projet définitifProjet définitif
Choix du concept - Profils types - Evaluation sommaire coûts
Plan-masse, coupes profil et musoir
Sur données existantes (minimum de données de terrain nécessaire)
Planning des études
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 5 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (1)
Les ouvrages de protection des ports peuvent être classés en quatre grandes catégories :
1. les digues à talus constituées par un noyau en enrochements non classés, protégées par d’autres couches classées et par une carapace en enrochements naturels ou artificiels,
2. les digues en caissons, constituées par un soubassement en enrochement et une partie supérieure verticale. Si l’épaisseur du soubassement est supérieure à30% de la profondeur, on parle de digue «mixte», autrement de digue «verticale». Dans cette catégorie, on peut classer comme typologie particulière les digues en «caissons absorbants»
3. les digues verticales avec écran et fondations en pieux (ou caissons),
4. les digues flottantes, qui peuvent être soit des ouvrages « mineurs » de protection des ports de plaisance, soit (c’est le cas de Monaco) des ouvrages de conception novatrice, extrêmement chers,
Les digues à talus et les digues en caissons, qui constituent la très grande majorité des réalisations actuelles, seront traitées en détail.
Typologies des digues
1. Typologie des digues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 6 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (2)
Les digues verticales avec écran et fondations en pieux (ou caissons), coûteuses et nécessitant des technologies sophistiquées, sont employées seulement dans le cas de conditions géotechniques très difficiles, souvent dans des grandes profondeurs, dans lesquelles
des structures massives comme les digues à talus et celles en caissons ne pourraient pas respecter les contraintes géotechniques, ou seraient trop chères en matériaux
Des alternatives pour résoudre les problèmes géotechniques (comme le remplacement des couches argileuses ou la vibroflottation) se soient révélées plus chères ou non réalisables techniquement.
Les critères de choix de la typologie sont de nature technique, économique et de définition des objectifs
Les digues verticales avec écran et fondations en pieux
1. Typologie des digues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 7 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (3)
Digues verticale avec écran et fondations en caissons de
Monaco (Counter jetty)
1. Typologie des digues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 8 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (4)
Les digues flottantes sont envisageables dans deux situations opposées :
des petites digues, pour la protection des ports de plaisance: elles sont en effet relativement efficaces seulement pour une houle courte (T < 5 s), typique des ports de plaisance en milieu lacustre, ou même en milieu marin, pour un objectif de protection partielle (par exemple limitée à la bonne saison)
Les digues flottantes
1. Typologie des digues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 9 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (5)
des digues flottantes de grandes dimensions, comme celle de Monaco, extrêmement chères, envisagées dans des conditions de grandes profondeurs, des conditions géotechniques difficiles et haute valeur des espaces conquis à la mer dans le port ainsi protégé.
1. Typologie des digues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 10 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (6)
Examinons les critères principaux (A) pour le choix entre les deux solutions qui s’imposent dans la plupart des cas : la solution à talus et la solution en
caissons.
La disponibilité de moyens de construction. Une solution en caissons exige toujours des moyens importants, surtout de nature maritime (grands pontons, dragues pour le remplissage, remorqueurs de grande puissance), que seulement les grandes entreprises internationales possèdent. Une solution à talus maximise l’emploi de moyens terrestres, moins onéreux et à la disposition d’entreprises de petite et moyenne taille.
La disponibilité locale de matériaux de carrière: des rochers de mauvaise qualitépénalisent la solution à talus. Même si la carapace peut être réalisée en blocs artificiels, la quantité d’enrochements naturels à mettre en place est beaucoup plus importante,
Les critères d’occupation d’espace. La solution à talus est plus « gourmande » à cet égard (les contraintes environnementales, comme la présence de Posidonie, peuvent la pénaliser).
Des critères hydrauliques (plus de réflexion pour la solution en caissons, à évaluer pour les conditions d’agitation des zones avoisinantes)
Les digues à talus et les digues en caissons
1. Typologie des digues
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 11 B. Bailly
Typologies de digues et critères de choix (7)
Le choix entre une solution à talus et une solution caissons. Critères principaux (B)
Les conditions de profondeur. En zone déferlante (basses profondeurs) la solution en caissons n’est pas envisageable (même pour des digues en caissons, l’enracinement est toujours à talus). En revanche, pour des profondeurs > 25 à 30m l’intérêt économique de la solution en caissons devient de plus en plus remarquable (voir le graphique, qui se réfère toutefois à une situation spécifique)La limite inférieur de profondeur rencontrée aujourd’hui est de 20m.
Prix moyen au ml des digues en situation exposéeValeurs 2004
0
50 000
100 000
150 000
200 000
250 000
300 000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
profondeur (m)
coût
s (e
uro/
m)
Digues à talus Digues en caissons
1. Typologie des digues
2. Les digues à talus
GénéralitésPhases de constructionCarapace extérieure
• Formules de dimensionnement• Influence des paramètres• Enrochements naturels• Blocs artificiels
Musoirs et courbesNoyauCouches intermédiairesButée de piedCouronnementTalus interne
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 13 B. Bailly
Digues à talus, généralités (1)
Terrain naturel
Noyau (tout-venant)
Carapace externe
Butée
Semelle
CouronnementCarapace interne
(talus interne)
Côté merCôté terre
Carapace interne(talus interne)
Sous-couche
Définitions
(en alternative)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 14 B. Bailly
Digues à talus, généralités (2)
Les dimensions principales d’une digue à talus se déduisent des valeurs de la houle de projet et des niveaux atteints par la mer.Si on retrouve presque toujours un noyau, une carapace extérieure et des sous-couches, des variations très importantes sont observées au niveau de la partie supérieure (présence ou non du mur de couronnement) et inférieure (type de pied de l’ouvrage) en fonction du type d’ouvrage et de sa profondeur d’implantation et des critères de projet.Les principales contraintes sont liées :
à la nature du sol,aux disponibilités en matériaux de construction,au mode d’exécution des ouvrages (à la fois dépendant de la disponibilité et de la puissance
des moyens maritimes pour la construction)
A partir de la houle de projet, le dimensionnement d’une digue à talus nécessite d’examiner successivement :
la carapace externe,le noyau central,les sous-couches intermédiaires,la butée (pied de l’ouvrage),le couronnement,le talus interne.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 15 B. Bailly
Digue à talus, phases de construction (1)
A. Clapage des matériaux pour la partie inférieure du noyau (qui peut néanmoins se réaliser aussi par voie terrestre) et l’embasement de la butée
B. Clapage de la partie inférieure de la butée et des premières sous-couches. Achèvement du noyau par versement des moyens terrestres
C. Des grues interviennent pour la pose, bloc par bloc, des rochers de la sous-couche externe, de la carapace interne et de la partie finale de la butée (cette dernière exige normalement une grue sur un moyen maritime)
Phasage de réalisation d’une digue à talus
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 16 B. Bailly
Digue à talus, phases de construction (2)
D. Pose des blocs artificiels de la carapace externe (à partir du pied) et finalisation de la pose de la carapace interne. Le choix du positionnement des grues (sur la piste en haut de la digue ou sur des pontons) dépend de leur puissance en relation avec la distance et le poids des unités à poser
E. Les blocs artificiels sont posés jusqu’en haut de la pente. Ensuite, le mur de couronnement est réalisé(souvent à partir du musoir vers la terre)
F. En se déplaçant sur le mur de couronnement, la grue peut enfin poser les derniers blocs de la crête
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 17 B. Bailly
Digue à talus, phases de construction (3)
Stockage des blocs
Avancement de la digue (noyau, sous-
couche)
Fabrication des blocs de carapace
Plate-forme pour déroctage de la bêche
Pose des blocs de carapace
Un petit chantier: Port de Sainte-Rose (La Réunion)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 18 B. Bailly
Digue à talus, phases de construction (4)
Ponton pour la pose des blocs Accropode
Ponton pour la pose des rochers de la sous-couche
Un grand chantier « offshore »: Dabhol (Inde)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 19 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Formules de stabilité (1)
A l’heure actuelle, la formule la plus couramment employée (surtout pour les blocs artificiels) est celle d’Hudson qui s’appuie sur de très nombreux essais effectués au Laboratoire de Vicksburg (USA). Elle a pour forme :
αcotg3
1DK
3HP
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−
=
es
s
ρρ
ρ
avec :• P = Poids moyen d’un bloc (tonnes)• ρs = Poids spécifique du matériau • ρe = Poids spécifique de l’eau de mer • H = Hauteur de la houle de projet (m) (usuellement = Hs, houle significative)• α = angle du talus avec l’horizontale• KD = Coefficient adimensionnel qui tient compte de la nature et de l’arrangement
des blocs . Ce coefficient correspond à un critère dit de « non-dommage », dans lequel on accepte
jusqu’à 5 % de dommages pour les enrochements naturels et les blocs en deux couches,l’absence de chute pour les blocs en monocouche (pour lesquels la perte d’un bloc peut
engendrer rapidement des dégâts significatifs)
Formules pour le dimensionnement des blocs de la carapace - A
La carapace, formules de pré - dimensionnement
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 20 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Formules de stabilité (2)
Pour KD on distingue le cas de la vague qui déferle sur les fonds de celui de la vague non déferlante. Note : règle du pouce, la vague est déferlante si Hs > 0,6 x profondeur.
Les valeurs les plus usuelles de KD à ce jour sont les suivantes:
1613h) Core – loc (mono-couche)
1613g) Accropode II (mono-couche)
1613i) X-bloc (mono-couche)
1512f) Accropode (mono-couche)
87e) Tétrapode (2 couches)
87d) Dolos (2 couches)
87c) Blocs « Antifer » (2 couches)
7,56,5b) Blocs cubiques (2 couches)
43,5a) Enrochements (2 couches)
KdKd
Houle non déferlanteHoule déferlanteType d’unité
Kd (Hudson)
Musoir. Les valeurs de Kd sont réduites à85 % pour les rochers naturels
75 % pour les blocs artificiels, sauf :50 % pour les tétrapodes, qui souffrent sensiblement de l’effet musoir
La même réduction doit s’appliquer aux coudes, si leur rayon de courbure est important.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 21 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Formules de stabilité (3)
En pratique la pente adoptée est très souvent celle qui correspond au talus naturel des matériaux déversés dans l’eau soit entre 4/3 et 3/2.
Pour les enrochements naturels; des pentes à 2/1 et 3/1 sont utilisées soit pour réduire le poids unitaire des blocs soit pour diminuer la réflexion (ouvrages de haut de plage). Dans ces cas la réalisation du talus nécessite de reprendre (à la grue) la pente naturelle d’éboulement
augmentation du coût.
Pour les blocs artificiels en revanche la réduction de pente entraîne une réduction des forces de frottement et d’enchevêtrement. Pour ces blocs il faut prendre des pentes 4/3 ou 3/2
Pentes adoptées pour les carapaces
Epaisseur de la carapace
L’épaisseur d’une carapace (et, en général, de toute couche d’enrochements), est donnée par:
•N = nombre de couches,•V = volume de l’unité,•Ke = coefficient d’épaisseur ( voir le tableau à côté ) 0,93Core-loc
0,93Accropode II
0,93X-bloc
0,90Accropode
1,30Dolos
1,02Tétrapodes
1,10Cubes « Antifer »
1Cubes
1,02Rocher naturels
KeUnité
E = n x Ke x V 1/3
23
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 22 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Formules de stabilité (4)
Une masse volumique (poids spécifique) élevée des blocs a un effet favorable sur la stabilité.
Pour les bétons, un accroissement de la masse volumique peut être obtenu par incorporation de barythine (4,5 t/m³) ou de pyrothine (4,6 t/m³). C’était le cas des blocs du musoir de la digue de Mohammedia (Maroc).
1,81,9
22,12,22,32,42,52,62,72,82,9
33,13,23,33,43,5
0 1 2 3 4facteur de correction du poids
mas
se v
olum
ique
(t/m
3)
béton
enrochements
Valeurs de base :Enrochements : 2,65 t/m3Béton : 2,4 t/m3
Ce graphe montre qu’un enrochement de 2,2 t/m3 doit avoir un poids 2,1 fois supérieur à celui d’un enrochement de 2,65t/m3 pour avoir la même stabilité àla houle
• Poids spécifique.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 23 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Enrochements naturels (1)
Musoir de la digue de Al Sukhna (Egypte)
Port réalisé à l’intérieur par dragage, avec la passe d’entrée protégée par deux digues parallèles Le port est situé dans le golfe de Suez (au Nord de la Mer Rouge): la houle de projet est limitée à
Hs= 3,5 mEnrochements de type calcaire, de moyenne qualité (poids spécifique autour de 2,4 t/m3)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 24 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (1)
Blocs qui se posent en 2
couches : DOLOS
Son excellente capacité d’imbrication lui semblait réserver à la fin des années 70 un rôle dominantMais le désastre de Sines (Portugal) en 1981 a montré sa fragilité (plusieurs ruptures des « ailes »)L’entrée dans le paysage des blocs monocouche, ayant des coefficients de stabilité similaires mais plus
robustes, a relégué le Dolos (sauf en Afrique du Sud) à un rôle marginal
Les carapaces en blocs artificiels
Port de Ngura (Afrique du Sud)
Pour tous ces blocs, il est exigé un béton de bonne qualité (résistance à la compression > 30 MPa et à la traction > 3 MPa, rapport eau/ciment > 0,45)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 25 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (2)Musoir digue Larache (Maroc)Blocs qui se posent en 2 couches :
TETRAPODE
Digue du port de Napoli (Italie)
Bloc parmi les plus anciens (années 50) très répandu, surtout au Japon
Carapace perméable, bon comportement au franchissement,
Quelques problèmes de fragilité pour les plus gros blocs (> 20 m3)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 26 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (3)
BLOC CUBIQUE RAINURE(BCR) ou « Antifer »
Blocs qui se posent en 2 couches : ANTIFER
Le nom Antifer vient de la 1ère application, au port pétrolier d’Antifer près du Havre,
Bloc très répandu, robuste, facile àfabriquer, aimé par les entreprises
Franchissements importants, surtout si la carapace est posée en pavage (comme àSines…)
Consommation de béton importante
Port de Djen Djen (Algérie)
Sines (Portugal)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 27 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (4)
Port GNL d’ Hazira (Inde)
Cap Sicié (Var), protection côtière
Blocs qui se posent en une seule couche : ACCROPODE
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 28 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (5)
L’ ACCROPODE est un bloc développé par SOGREAH au début des années 80
Fabrication au chantier du Havre : les coffrages Plus de 180 applications depuis
1981 démontrent sa fiabilité
Coefficient de stabilité élevé, robustesse et facilité de fabrication (voir la photo) sont ses qualités les plus appréciées
La pose en une seule couche exige le respect de plans de pose précis (bien plus que pour les blocs en deux couches) et donc de moyens de contrôle adéquats pour l’entreprise (de plus en plus souvent le GPS),
Parmi les points faibles, un franchissement relativement important (facilité aussi par l’existence d’une seule couche).
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 29 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (6)
L’ ACCROPODE III est un développement de l’ACCROPODE réalisé par SOGREAH au
début des années 2000, pour augmenter la perméabilité et réduire les franchissements
Quatre premières chantiers sont en cours
La similarité avec l’ACCROPODE permet de profiter de la grande expérience obtenue avec ce dernier bloc
L’absence d’enclumes facilite la mise en place
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 30 B. Bailly
Digues à talus - Carapace extérieure – Blocs artificiels (7)
Blocs qui se posent en une seule couche : CORELOC
2. Les digues à talus
Blocs qui se posent en une seule couche : X-BLOC
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 31 B. Bailly
Digues à talus - Les musoirs et les courbes (1)
Les musoirs et les parties courbes des digues sont soumis à une action particulière des vagues.
Le rayon de l’extérieur de la carapace doit être, au niveau haut de projet, égal ou supérieur à 3 Hs.
Le coefficient de stabilité Kd, comme nous l’avons vu, diminue de 50% à 85% : parfois on essaie de maintenir le même poids des unités (ce qui, dans le cas des blocs artificiels, facilite la fabrication en réduisant le nombre de tailles des coffrages):• à travers la diminution de la pente de la carapace• en augmentant le poids spécifique du béton.
Direction houle
Zones potentielles de dommages
La majorité des musoirs a une forme dissymétrique(voir la figure à côté) avec un profil courant de l’ouvrage qui se retourne à l’extrémité jusqu’à se raccorder au talus arrière.
R ≥ 3 Hs
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 32 B. Bailly
Digues à talus - Les musoirs et les courbes (2)
Gravelines (Pas de Calais)
Port de Sète (Hérault)
Port de Pozzallo (Sicile)
La dissymétrie du musoir est plus évidente pour les digues en blocs artificiels (Pozzallo: Antifer; Sète: Tétrapodes) que pour les digues en rochers naturels de Gravelines
Les rochers naturels ont en effet une réduction de la stabilité au musoir peu significative
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 33 B. Bailly
Digues à talus - Le noyau (1)
Il représente toute la partie centrale ne nécessitant d’enrochements peu (ou pas) classés. C’est le premier matériau mis en place lors de la construction. Si l’entreprise ne dispose pas de moyens maritimes suffisants, le noyau est mis en place par déversement au camion (voie terrestre). On recherche donc la section minimale compatible avec l’accès des véhicules.
ln
Niveau max
ZnCôté large Côté terre
Niveau min
Zf4/3 ou
3/24
3Noyau en tout-venant
Le plus souvent : 4 < ln < 12 m Zn > niveau des plus hautes marées + 1 m
Note : Si la largeur en crête est < 8 m, il faudra prévoir des places provisoires pour le retournement des engins.
Le noyau
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 34 B. Bailly
Digues à talus - Le noyau (2)
ln
Niveau max
Zn
4 43
tout-venant mis en place par voie maritime
-3 à –5 m
3Zf
Dans des ouvrages en grande profondeur, le noyau est généralement mis en place en deux phases:
Dans un premier temps par voie maritime jusqu’à – 3,00 / – 5,00 m.Il est terminé par voie terrestre, dans un deuxième temps.
Note : Si les contraintes en délais sont importantes, les deux modalités de pose peuvent être réalisées en même temps. C’est le cas de la grande majorité des chantiers de construction de grands ports.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 35 B. Bailly
Digues à talus - Couches intermédiaires (1)
Les couches intermédiaires peuvent se situer :• entre la carapace extérieure et le noyau central en tout-venant,• entre le corps de l’ouvrage et le terrain naturel (dune ou plage sableuse, remblais sableux).
Il convient de choisir une répartition en catégories qui permet de ne pas éliminer des rochers produits dans la carrière, par exemple :
0,5 à 500 kg (limite basse définie pour respecter les règles de filtre),500 kg – 1 t,1 – 2 t,2 – 5 t.
Les couches intermédiaires
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 36 B. Bailly
Couches intermédiaires (2)
Les limites « conventionnelles » des catégories indiquent respectivement (voir le graphique »):• (limite basse) le poids P15 inférieur du fuseau granulométrique,• (limite haute) le poids P85 supérieur du fuseau granulométrique.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 1000,000 10000,000
Poids (kg)50 - 2000 kg 50 - 2000 kg 2 - 5 tons 2 - 5 tons
TV 0,1-1000kg TV 0,1-1000kg Limite P15 Limite P85
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 37 B. Bailly
Digues à talus - Couches intermédiaires (3)
Il faut respecter des règles de filtre de façon que toutes les couches jouent le rôle de filtre en empêchant les matériaux les plus fins de passer à travers les couches les plus grossières.
où l’indice ext se réfère à la couche externe (en matériaux plus grossiers) et l’indice int à celle plus interne.
Entre la sous-couche et la carapace, il faut vérifier en plus une règle pratique de rapport entre les poids moyens, qui a l’objectif d’assurer un bon positionnement des blocs de la carapace sur la sous-couche:
Les couches intermédiaires – règles de filtre
5int85
15 ≤DD ext
605int50
50 ≤≤DD ext
151050
50 ≤≤ −
car
cs
PP
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 38 B. Bailly
Digues à talus - Butée de pied (1)
La butée n’est pas soumise au déferlement.Dans ce cas, elle est constituée par un cavalier de forme trapézoïdale posé sur différentes couches ou sur un soubassement en matériaux de plus faible granulométrie.La butée est mise en place avant la carapace par voie terrestre à la grue et parfois par voie maritime.La côte de la butée se situe dans la fourchette (1,1 H < Zb < 1,3 H) et plus bas si possible (profondeur, économie).
Ouvrage par grande profondeur
Zf (hauteur d’eau ) > 12 m.Zf / H > 2,5 (H : Houle de projet)
Zf
ln
Hs
CARAPACE
Niveau mini
Zb
hb
BUTEE
Sa fonction essentielle est celle de soutien de la carapace. Trois situations peuvent être distinguées : ouvrage (1) par grande (2) par moyenne et (3) en faible profondeur
La butée de pied
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 39 B. Bailly
Digues à talus - Butée de pied (2)
Ouvrages par profondeur moyenne 6 < Zf < 12 mZf / H > 1,7
1,7 < Zf / H < 2,5Zf > 12 m
ou
L’ouvrage est assez souvent dans la zone de déferlement.La butée de pied est constituée de deux couches successives :
• couche inférieure de granulométrie étalée pour limiter le poinçonnement en terrain sableux et se protéger des affouillements
• couche supérieure de poids suffisant pour être stable : c’est la butée elle même.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 40 B. Bailly
Digues à talus - Butée de pied (3)
Poids des blocs constituant la butée
Les paramètres qui interviennent sont très nombreux. Pour déterminer le poids minimum on peut utiliser la formule de Van der Meer – Gerding basée sur une vaste série de tests en laboratoire,
Largeur en crête de la butée, B 3 blocs sur l’horizontale
Hauteur de la butée hs - hb Deux couches d’enrochements.
(Hs/ΔxDn50)=(0,24x(hb/Dn50+1,6)xN0,15
N, Niveau des dégâts= 0,5 absence de dégâts= 2 dégâts acceptables
Valable pour hb/hs compris entre 0,4 et 0,9 et hb/Dn50 compris entre 3 et 25
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 41 B. Bailly
Digues à talus - Butée de pied (4)
Ouvrages par faible profondeur Zf < 6 m Zf / H < 1,7Zf > 6 m
ou
L’ouvrage est presque toujours en zone de déferlement.La butée classique ne peut être réalisée, ni les moyens de dimensionnement vus à la page précédente employés. Diverses solutions peuvent être envisagées, selon la nature des fonds.
Cas de fonds sableux
Possibilités
Soit une solution en souille (difficile àréaliser si la mer est agitée fréquemment, à cause de la difficulté des dragues àopérer)
Soit une solution en semelle, plus facile à construire même si un peu moins stable
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 42 B. Bailly
Digues à talus - Butée de pied (5)
géotextile
carapace
sous couche
remplissage
possibilités
Niveau TN
géotextile
carapacesous couche
Niveau TN
géotextile
carapacesous couche
Niveau TNremplissage
ds : affouillement estimé
1
2
3
Les deux alternatives sont également possibles dans les situations qui exigent de réaliser des dispositifs anti-affouillement
Dans le concept de la souille, le principe est d’ensouiller l’ouvrage jusqu’à la profondeur d’affouillement prévisible (1 et 2)
Dans le concept de semelle, de mettre en place suffisamment d’enrochements pour combler l’affouillement (3)
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 43 B. Bailly
Digues à talus - Butée de pied (6)
Cette situation est très délicate, surtout dans la zone de déferlement, et encore plus si les fonds ont une pente importante. Même si très coûteuse, la « bêche » (souille déroctée) constitue la seule solution vraiment sûre dans le long terme
Cas de fonds rocheux
Fonds rocheux en pente
Fonds rocheux lisses
Exemples d’instabilité potentielle d’enrochements placés sur fonds rocheux
2. Les digues à talus
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Le couronnement (1)
Le terme couronnement englobe toute la partie supérieure de l’ouvrage mais on peut distinguer deux parties distinctes :
• La partie supérieure de la carapace extérieure (et, si existe, du mur de couronnement) dont la côte d’arase Zc est liée à la fonction de l’ouvrage.
• Une superstructure en béton, facultative mais généralement présente dès que l’ouvrage est important et/ou si l’accès de véhicules d’entretien est nécessaire
Le couronnement
Côte d’arase de l’ouvrage
La côte d’arase est généralement comprise entre • 0,6 à 1.2 Hs, (mais avec des largeurs importantes) pour des aménagements touristiques
(contraintes paysagères),• 1.2 à 1,8 Hs, pour des digues peu ou pas franchissables et comportant une voie de circulation
pour l’entretien.
Mais la détermination de la côte d’arase en phase de projet est réalisée par rapport aux franchissements acceptables:
• en conditions opérationnelles • en conditions extrêmes.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 45 B. Bailly
Le couronnement (2)
Tableau avec les critères du franchissement acceptable,défini par Van der Meer(Laboratoire de Delft) et repris par des nombreux standards (dont CIRIA/CUR, 1991).
Des critères de projet différents sont établis pour
les conditions opérationnelles(houle annuelle ou houle dépassée 1% du temps), en fonction de l’utilisation de la zone à l’arrière (route ou terre-plein portuaire)
Les conditions extrêmesPour ces dernières ce qui est contraignant est souvent l’ampleur des dégâts à l’arrière, qui prennent rapidement de l’importance avec les franchissements.
2. Les digues à talus
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 46 B. Bailly
Le couronnement (3)
La plate-forme supérieure est alors constituée soit par le prolongement de la carapace(éventuellement en une couche) soit par des blocs de taille supérieure soigneusement rangés.La perméabilité favorise la stabilitéde la carapace, mais l’absence d’une route en sommité (utile pour l’entretien de la carapace et l’accès au phare) n’est souvent pas acceptée
1 - Pas de superstructure en béton
Couronnement sans mur en bétonArzew (Algérie)
Couronnement avec mur en bétonMogadiscio (Somalie)
Deux typologies de couronnement
2 – Avec une superstructure en béton
2. Les digues à talus
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Le couronnement (4)
Superstructure en béton
La mise en place d’une superstructure en béton peut avoir plusieurs objectifs :• Permettre la circulation des engins d’entretien,• Permettre la promenade (essentiel dans les ports de plaisance),• Buter la carapace avant,• Limiter les franchissements ou faire en sorte que ces derniers n’entraînent pas de dégâts sur le
talus arrière.
Port de Palavas (Hérault)Cette superstructure est soumise :
• À l’impact de la houle,• Aux sous-pressions.
Les vérifications à faire concernent :• le glissement,• le basculement,• le cisaillement du béton • les ruptures par tassements différentiels
Pour les deux premières il faut estimer les forces horizontales et verticales dues à la houle.
2. Les digues à talus
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Le couronnement (5)
Stabilité d’un mur de couronnementLes forces qui agissent sur un mur de couronnement ont étéquantifiées par des formules dérivantes par des séries systématiques d’essais en modèle réduit.
Les British Standards donnent la formule suivante:Pression due aux vagues = K . W. L . (Hs/Zc - 0,5) (kPa)avec :• Hs = hauteur significative de la houle,• L = longueur de la houle,• ZC = niveau de la crête• W poids spécifique de l’eau de mer,• K coefficients qui dépendent de la protection fournie par la carapace devant le mur :-Facteur d'amortissement pour la carapace K = 0,08 à 0,19,- Facteur d'amortissement pour la sous-couche K = 0,025.
Ensuite, le mur est dimensionné avec les règles des murs de soutènement.Les angles de frottement rochers sur rochers sont compris entre 40 et 45°Le coefficient de frottement béton-enrochements est assumé = 0,5 pour des murs préfabriqués, mais peut s’élever jusqu’à 0,7/0,8 pour des murs coulés sur place et/ou avec une « clé ».
Voir le fichier EXCEL mis en ligne pour vérifier le mur au glissement et au renversement
2. Les digues à talus
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Le talus interne (1)
La sollicitation du talus interne d’une digue peut provenir de quatre phénomènes distincts :1. Les franchissements qui retombent sur l’arrière du talus,2. La transmission des pressions à l’intérieur du massif,3. L’ agitation résiduelle après diffraction de la houle autour du musoir,4. L’agitation générée par le vent sur le plan d’eau intérieur.
Le point 2 est à prendre en compte dans le cas d’un quai appuyé contre la digue qui constitue une paroi étanche (la réalisation d’ évents dans la dalle est une solution efficace).
Les points 3 et 4 ne sont généralement pas dimensionnants.
Le point 1 ne peut être traité que par la géométrie du couronnement en faisant en sorte que l’eau retombe dans le bassin et pas sur l’angle du talus (la solution à droite est meilleure à cet égard).
Le talus interne
Zone critique
2. Les digues à talus
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Le talus interne (2)
Port de Palavas (Hérault)
Port de Fujarah (Oman)Pour ces digues avec couronnement en mur de béton:
à Fujarah le talus interne a été bien « caché » au dessous du mur, pour protéger les enrochements du franchissement,
à Palavas le même résultat est recherché à travers une largeur importante du mur
Pour les digues avec couronnement sans mur, d’après Van der Meer(1993), il n’y a pas de dégâts significatifs sur le talus interne si
(Zc/Hs) x s0,33 > 0,25
avec s = 2πHs/gTp2
2. Les digues à talus
3. Les digues verticales en caissons
DéfinitionsParamètres hydrauliques
• Réflexion• Transmission• Conditions de houle quasi-stationnaire
Vérification de stabilité de la structure massive • Digue à paroi pleine• Digue en caissons perforés
Vérification de stabilité des enrochements de la berme
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 52 B. Bailly
Digues verticales – Définitions (1)
Définitions
Digue à paroi pleine « verticale » (Zb ≥ 0,7 x Zf) Digue à paroi pleine « mixte » (Zb < 0,7 x Zf)
Digue en caissons perforés
ZfZb
Zb
Zf
Chambre d’amortissementParoi forée (15 à 30% de vides)
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 53 B. Bailly
Digues verticales – Définitions (2)
Digue à paroi pleine, définitions
Caisson
Embasement, talus arrière
(Rochers 1-2 t)
Blocs en béton en protection du pied
Embasement, talus avant
(Rochers 3-4 t)
Embasement, noyau(Tout venant)
Genova (Italie), digue de l’aéroport
Mur de couronnement
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 54 B. Bailly
Digues verticales – Définitions (3)Définition de la typologie des dégâts
La conception des digues verticales en caissons est guidée par la connaissance des types de dégâts qu’on peut craindre, et que Jensen & Oumeraci (2004) ont synthétisé dans la figure suivante.
Les types 3 et 4 sont du ressort de l’analyse géotechniqueDans le présent cours nous traiterons les vérifications de stabilité de la structure massive (types 1 et 2) et de son embasement en rochers (types 4, 5 et 6).
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 55 B. Bailly
Digues verticales – Paramètres hydrauliques (1)
Conditions de houle quasi-stationnaire
ZF
ZB
HSSi ZB ≥ 0,7 ZF (digue « verticale »)
ZF doit être ≥ 2,85 x HS
Si ZB < 0,7 ZF (digue « mixtes ») ZF doit être ≥ 5 x HS
Source : Oumeraci: « Probabilistic Design Tools for Vertical Breakwaters », 2001
Conditions à vérifier
Un critère essentiel dans la conception des digues verticales est celui de s’assurer (en vérifiant les conditions en bas de page) que la profondeur devant l’ouvrage est suffisante pour avoir des conditions de houle non déferlante et quasi-stationnaire devant la digue et éviter ainsi des forces d’impact(type « gifles ») qui ont un ordre de grandeur 5 à 15 fois plus important (voir la figure).
Houle quasi-stationnaire Force d’impact
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 56 B. Bailly
Digues verticales – Paramètres hydrauliques (2)
Transition (à « Z », pour protéger la carapace de la partie à talus)
La difficulté de respecter ces critères pour des faibles profondeurs amène àconcevoir des solutions combinées, oùla partie en caisson est réalisée au large, et celle à talus vers la côte. La transition entre les deux est un point délicat àétudier.
Brindisi (Italie), digue de Punta Riso
Caissons
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 57 B. Bailly
Digues verticales – Stabilité de la structure massive (1)
Si les conditions de quasi-stationnarité ne sont pas respectées, même si théoriquement il existe des formules permettant le dimensionnement (Minikin), dans la pratique on arriverait à une structure tellement large, que le passage à une solution à talus s’impose…
Vérifications de stabilité : structure massive (caisson + mur)
Digues verticales du port conteneurs de Voltri, près de Genova (Italie)
Si au contraire ces critères sont respectés, la solution à caisson devient intéressante.
Pour un dimensionnement à un niveau d’avant projet, la formule de Goda (Goda, 2000) peut être appliquée.
A l’origine cette formule a étédéveloppée pour des caissons àparoi pleine.
Néanmoins (au moins à un stade préliminaire du design) elle peut être extrapolée aux caissons perforés.
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 58 B. Bailly
Digues verticales – Stabilité de la structure massive (2)
Formule de Goda
La houle de projetHD = hauteur de
houle de projet ≡ H 1/250(= 1,8 x HS) dans la plupart des normes (par exemple: BS 6349 part 7).La composante perpendiculaire à la digueη*=0.75(1+cosβ)HD
avec β=angle d’incidence des vagues par rapport à la structure (= 0 pour incidence frontale)
Les pressions p1=0.5(1+cosβ) (α1 + α* cos²β) ρw g HD
(1-hc/η*).p1 pour η*>hcp2= 0 pour η*≤hcp3= α3.p1pu=0.5(1+cosβ) (α1 α3) ρw g HD
Les coefficientsα*=Max(α2, α3)α1=0.6+0.5*[(4πh2/L)/(sinh(4πh2/L)]²α2=Min [((hb-d)/(3hb).( HD /d)²), (2d/ HD)]α3=1-(h1/h2).[1-1/(cosh(2πh2/L)]
Avec L= longueur d’onde de la houle incidentehb= profondeur d’eau à 5Hs à l’avant de la digue
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 59 B. Bailly
Digues verticales – Stabilité de la structure massive (3)
Formule de Goda - B
Ces pressions permettent de calculer l’effort horizontal par unité de longueur sur le caisson :
Fh=0.5(p2+p1)hc + 0.5(p3+p1)h1
et l’effort vertical par unité de longueur (dirigé vers le haut donc négatif) :
Fu= - 0.5 B pu
La stabilité du caisson au glissement est assurée si l’on vérifie ce qui suit :
CFR (Fu+Poids du caisson – poussée d’Archimède exercée sur le caisson) > CS Fh
On peut assumer pour les coefficients:CFR = coefficient de frottement béton/rochers de l’embasement = 0,6 (BS pour «Smooth concrete»,
Shore Protection Manual, Japanese Standards) à 0,7 (BS pour «Rough concrete»),CS = coefficient de sécurité = 1,2 à 1,4 selon les normes.
La vérification au retournement peut être faite à partir des mêmes pressions, mais elle n’est presque jamais le problème principal).
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 60 B. Bailly
Digues verticales – Stabilité de la structure massive (4)
Caisson « JARLAN » (brevet canadien des années 60) Digue du Port de Dieppe (Seine-Maritime)
Formule de Goda – Extension aux caissons perforés
En première approximation, la formule de Goda peut être utilisée également pour les caissons perforés, en assumant comme valeur de houle de projet HD :
HD (perforés) = [(1+ CR)/2] x HD (Goda)
avec CR = coefficient de réflexion (voir le graphique déjà présenté).
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 61 B. Bailly
Digues verticales – Stabilité de la structure massive (5)
Formule de Saint Flou
Cette formule est utilisée pour vérifier la stabilité au glissement en cas de creux de vague devant le caisson (force vers la mer).
Si on se réfère aux symboles de la figure, on retrouve dans cette formule:h0= (π H D
2 /L) x coth (2 π hS/L) [ surélévation du niveau moyen de la mer, due à la houle]p1 = ρw g (HD – h0)p2 = ρw g / (cosh (2 π hS/L)
La force qui pousse le caisson vers la mer est FH = 0,5 x [(p1 x (HD - h0) + (p1 + p2) x (d - HD + h0)]
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 62 B. Bailly
Digues verticales – Tanger MED
Digues en caissons perforés : Tanger MED
0 to -20m ZH: Digue à talus -20 to -35m ZH:
Caissons
3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 63 B. Bailly
Digues verticales – Tanger MED3. Les digues verticales
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 64 B. Bailly
Digues verticales – Stabilité de la berme devant le caisson
Blocs en béton
On peut disposer immédiatement devant le caisson dans la zone la plus attaquée par la houle à cause de la réflexion) des blocs en béton de forme parallélépipèdique.
Néanmoins, ces blocs sont souvent soulévés par des sous-pressions. Dans les standards japonais, ils ont un trou circulaire au milieu (pour dissiper les sous-pressions), de section ~ 10% du bloc. La longueur de ces blocs est comprise entre 2,5 et 5 m, leur largeur entre 1,5 et 2,5 m et leur épaisseur est :
Ep = α x (d/hS) (-0,79) x HS
avec : α = 0,18 en section courante et = 0,25 au musoir.(source : Jensen & Oumeraci, 2004)
Vérifications de stabilité : berme devant le caisson
Enrochements naturelsPlus perméables, ils dissipent mieux les sous-pressions. Le poids nécessaire est donné (Tanimoto, en « Berm
Stability and Toe protection of Caissons Breakwaters», Oumeraci 1994) par :
W = {[ρR / [(ρR/ρW – 1) 3 x NS3]} x HD
3
où le coefficient de stabilité NS3 est donné par
NS3 = 1,3 x α + 1,8 x Exp [- 1,5 x α x (1 – K)]
α = [(1-K)/(K1/3)] x d/HsK = K1 x K2 avec K1 = (4πd/L) /sinh(4πd/L) et K2 = sin2(2πBb/L)
( Bb = larguer de la berme devant le caisson, d = profondeur devant le caisson, L = longueur de la houle )
3. Les digues verticales
4. Autres vérifications
Les transitions entre les 2 types de digueLa vérification au grand glissementLes déplacements
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 66 B. Bailly
Les transitions
Transition entre la digue à talus et la digue en caisson
Exemples du complexe de Tanger Med
Tanger RoRo Tanger Med 1 Tanger Med 1
Tanger Med II
4. Autres vérifications
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 67 B. Bailly
Situation: Séisme An=0.24gFmin: 1.00
F = 1.18
Hypothèses conditions non drainées:
Le coefficient de sécurité est de 1.18.
Le critère de stabilité en séisme (F=1.00) est vérifié.
Stabilité géotechnique section ME – Côté Mer
Grand glissement (1)
Ksar Sghir
Vérification au grand glissement par logiciel adapté
4. Autres vérifications
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 68 B. Bailly
Grand glissement (2)
Mayumba
4. Autres vérifications
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 69 B. Bailly
Grand glissement (3)1/ Calcul de la semelle comprimée sous l’action de la houle centennale
2/ Application de l’effort sur le soubassement
3/ Vérification de la stabilité au grand glissement
Substitution des argiles molles
Stockman
4. Autres vérifications
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Conception des digues 70 B. Bailly
Déplacement (tassements ou après séisme)
Tanger Med
4. Autres vérifications
1/ Définition précise des sols (et d’un accélérogramme de séisme type)
2/ Calculs des déplacements (-> tassements àl’aide de formules ou logiciel adapté)3/ En dynamique pour les caissons : Mise en œuvre d’un modèle aux éléments finis type PLAXIS
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
ModModéélisation physiquelisation physique(STABILITE)(STABILITE)
Conception Portuaire – Modèles de stabilité :SOMMAIRE
1/ Les moyens de l’étude
2/ Construction des modèles
3/ Les instruments de mesure
4/ Les phénomènes étudiés
1. Les moyens de l’étude
Objectifs
Similitude
Comparaisons entre le 2D et le 3D
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La modélisation physique (1)
La modélisation physique se réalise en :Canal à houle (2 dimensions - Houle frontale)Bassin à houle (3 dimensions)
Les modèles de stabilité sont incontournables dans le projet des digues pour :s'assurer de la tenue des ouvrages maritimes aux plus fortes houles pouvant les atteindre,vérifier la stabilité des points particuliers difficilement approchables par le calcul (butée de pied, carapace arrière, semelle anti-affouillements)mesurer les franchissements,(dans les digues verticales) mesurer les efforts.
Les échelles de réduction sont comprises :entre le 1/30 et le 1/60 pour des essais en canal,entre le 1/45 et le 1/80 pour des essais en bassin.
Les essais sont conduits en houle aléatoire. L'ouvrage est soumis à des paliers de houles de hauteurs croissantes jusqu ’à atteindre la houle de projet (tempêtes exceptionnelles, périodes de retour 50 à 100 ans)
Les modèles de stabilité sont l'outil idéal pour visualiser les problèmes hydrauliques sur les ouvrages maritimes et pour les mettre au point. Ils sont généralement utilisés au stade projet.
Modèles physiques Généralités et objectifs
1. Les moyens de l’étude
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La modélisation physique (2)
Construction d’un ouvrage en bassin
Similitude
La construction et la gestion des modèles physiques se basent sur le principe que les facteurs de réduction des paramètres principaux sont basés sur l’invariance du Nombre de Froude
(représentatif des forces gravitaires). De cette similitude, en découlent toutes les autres, présentées dans le tableau
)gL/V(
Q = V/T/L = L1.5Débit unitaire de franchissement
M = rL3 Force et poids
r, ajustée par la formule d’Hudson pour tenir
compte de l’utilisation d’eau douce
Densité
T = L/U = L1/2 Temps
U = L1/2Vitesse
V = L3Volume
S = L2Surface
L Longueur
Echelle de réductionParamètre
1. Les moyens de l’étude
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Modèles 2D et 3D
Modèle 2D en canalAvantages
Coût et délai inférieurs par rapport aux essais en cuve,Flexibilité : possibilité de modifier rapidement la section typique en fonction des résultats
obtenus,Mesure du franchissement très facile et fiable,Possibilité d’ échelles plus petites (moins d’impact des phénomènes de viscosité)
LimitesHoule seulement frontale,Impossibilité de tester des points singuliers (coudes, musoir,…),Impossibilité de reproduire une bathymétrie complexe.
Modèle 3D en bassinAvantages
Possibilité de tester des points singuliers (coudes, musoir,…) ainsi que de reproduire une bathymétrie complexe.
Possibilité de tester des houles obliques
LimitesCoûts et délais plus importants, Toute modification est plus lourdeRisques de réflexions parasites aux bords du bassin
Comparaison entre canal et bassin
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La modélisation 2D (1)
Essais en canal
Ces essais, très fréquents, sont réalisés:
pour des structures où l’attaquede la houle est essentiellement frontale,
Pour des digues de taille moyenne, où les délais/budgets des études ne permettent pas le recours aux essais 3D,
Comme première étape d’une étude comprenant ensuite la finalisation en modèle en cuve
Pour des études systématiques(par exemple sur le comportement de nouveaux blocs de carapace)
1. Les moyens de l’étude
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Canaux à houle
Dimensions :41m de long, 1m et 1.20m de large.
Deux types de batteurs à houle différents.
1. Les moyens de l’étude La modélisation 2D (2)
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La modélisation 3D (1)
Exemple d’attaque d’un musoir (en blocs CORE-LOCTM) par la houle
Etude de la tenue à la houle des singularités tridimensionnelles des
ouvrages : coudes, musoirs, transitions…
Etude de l’effet d’une houle oblique sur la stabilité (après l’analyse en houle
frontale généralement réalisée au préalable en canal).
1. Les moyens de l’étude
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Exemple d’éléments impliquant une modélisation 3D : présence d’un épi ou d’une contre-digue (avec présence de zone de focalisation/concentration de la houle), musoir.
1. Les moyens de l’étude La modélisation 3D (2)
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Générateur multidirectionnel
Ouvrage étudié
Mesure houles
Essais en bassin
1. Les moyens de l’étude La modélisation 3D (3)
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Essais en bassin
Caméra vidéo
Goulotte pour recueillir les débits de franchissement
Dans les tests à gauche, l’objectif était de vérifier la stabilité de la section courante et le franchissement.
Dans les tests en bas, on s’était concentré sur le musoir, filmé en continu.
1. Les moyens de l’étude La modélisation 3D (4)
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Les bassins 3D (1)
Cuve de stabilité (plateforme tournante)
1. Les moyens de l’étude
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Les bassins 3D (2)
Bassins de stabilité
1. Les moyens de l’étude
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Les bassins 3D (3)
Bassin multidirectionnel
1. Les moyens de l’étude
2. La construction des modèles
Construction des fondsConstruction des ouvrages
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Les lignes bathymétriques
Construction des fonds
Exemple d’un modèle dans le bassin LHF
2. La construction des modèles
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Les fonds
Construction des fonds
Exemple d’un modèle dans un bassin de stabilité
2. La construction des modèles
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Les ouvrages (1)
Construction des ouvrages
Exemple d’une digue mixte modèle construite dans le bassin LHF
2. La construction des modèles
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Construction des ouvrages
Exemple d’une digue à talus construite dans un bassin de stabilité
2. La construction des modèles Les ouvrages (2)
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Construction des ouvrages
Cas des digues à talus avec une carapace monocouche : la pose des maquettes
2. La construction des modèles Les ouvrages (3)
3. Les instruments de mesure
Les sondesLes capteurs de pressionLes balances de mesure d’effortsLes mesures des franchissements
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 23
Les sondes
MESURE DES ONDES COURTES (MESURE DE LA HOULE)
Sondes capacitives + sondes directionnelles (courantomètres électromagnétiques)
SONDE CAPACITIVE
SONDE DIRECTIONNELLE
MESURES DES ONDES LONGUES (SET-UP, MAREE…)
Capteurs à ultrasons permettant une mesure précise des fluctuations lentes du niveau d’eau
3. Les instruments de mesure
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 24
CAPTEURS DE PRESSION
Les capteurs de pression (1)
233
2
Enrochements 1-3 T
Tout-venant
Enrochements 0.5-1 T
Sous-couche 50-200 KgSous-couche 50-200 Kg
+1.65m NH0.00m NH
-22.5
-35.0
Blocs en béton
+7.0
+5.0
-23.0
P2 P1
P9
P8
P6
P3
0.9
12.3
12.6
3.9 9.1 9.1 3.9
Exemple d’instrumentation d’un caisson vertical pour la mesure des pressions induites par la houle (sur la face exposée et la face inférieure)
concreteunits
rock underlayerrocks armouring the rubble foundation
rock underlayer
rocks armouring the rubble foundation
3. Les instruments de mesure
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 25
CAPTEURS DE PRESSION
P9
P8
P6
Pressure gauges
Vue côté mer
Exemple d’instrumentation d’un caisson vertical pour la mesure des pressions induites par la houle (sur la face exposée et la face inférieure)
3. Les instruments de mesure Les capteurs de pression (2)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 26
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.01070 1072 1074 1076 1078 1080 1082 1084
-5
0
5
10
15
20
25
30
Fx (MN/m) FZh (MN/m) Ureel (MN/m) Fzpchambre MN/m Zcaisson + 2m (m)
Ascension maxi niveau paroi jarlan
1er pic Fx
Maximum de la sous-pression U
Vague entre +12 et +15m
Début de crête au droit des caissons
Attaque niveau paroi arrière
2d pic Fx
Maximum de Fzh
Pression sur dalle Pression sur mur arrière
Franchissements
U
Fx
Fz
Source SAIPEM
Source SAIPEM
3. Les instruments de mesure Les capteurs de pression (3)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 27
BALANCE 3 COMPOSANTES POUR LA MESURE D’EFFORTS INTEGRES (EXTENSOMETRIE 2D)
Mesure précise des efforts s’exerçant sur les parois d’une digue verticale, sur un mur de garde, etc.
Port de Faratea (Polynésie Française)
Mesure des efforts sur le caisson
2005
La balance 3D3. Les instruments de mesure
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 28
Port de Bal Haf (Yemen)
2005
MESURE DES FRANCHISSEMENTS (MODELES 2D)COLLECTEUR
BASSIN DE RETENTION SUR BALANCE
Le franchissement(1)3. Les instruments de mesure
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 29
MESURE DES FRANCHISSEMENTS (MODELES 2D)
La mesure se fait généralement à la crête. Elle peut se faire à une certaine distance de la crête (sur un terre-plein) pour vérifier par exemple l’efficacité d’une couche drainante derrière le mur de couronnement.
Pourcentage de vagues franchissantes (overtopping rate) :Observation visuelle.% = Nombre de vagues franchissantes / nombre total de vagues
Débit moyen de franchissement (mean overtopping discharge) en litre/seconde/mètre linéaire (l/s/m) :
Mesure avec bac collecteur. Débit moyen de franchissement = volume de franchissement/durée de la mesure
3. Les instruments de mesure Le franchissement(2)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 30
MESURE DU FRANCHISSEMENT (MODELES 3D)
Port de Torrevaldaliga (Italie)
2005
BACS COLLECTEURS CYLINDRIQUES ET POMPES
SONDE DE SURFACE LIBRE POUR LA MESURE DE L’AGITATION FACE AU QUAI
3. Les instruments de mesure Le franchissement(3)
4. Les phénomènes étudiés
Run Up / Run DownDéferlementFranchissementStabilité des carapaces (extraction, tassements d’ensemble)Talus interneButée de pied
Stabilité en phase travaux
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 32
Run up / Run down
Run-down
Run-up
Run-upRun-down
NM
Etude des principaux phénomènes hydrauliques intervenant dans l’interaction de la houle avec les ouvrages côtiers.
4. Les phénomènes étudiés
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 33
Le déferlement
Le déferlement
Déferlement sur l’ouvrage (sur le talus, sur la crête…)/franchissements
Déferlement devant l’ouvrage (limitation par les fonds de la hauteur de houle atteignant l’ouvrage).
Type de déferlement (conditionne le type d’attaque par la houle), lieu du déferlement, hauteur des vagues au déferlement…
4. Les phénomènes étudiés
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 34
Les franchissements
Lame verte (green water) :Lame épaisse, franchissements par déversement
Lame blanche (white water)
Les franchissements
Embruns (spray) sur la partie arrière de l’ouvrage
4. Les phénomènes étudiés
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 35
La stabilité des digues à talus
Cas des carapaces en enrochements (carapaces bi-couches)
• L’analyse sur modèle est généralement quantitative et consiste à compter le nombre d’enrochements déplacés de plus d’un diamètre nominal de leur position initiale dans le talus (displacements by more than Dn).
• L’analyse peut inclure les déplacements de moins d’un diamètre nominal (displacements by less than Dn).
• Certains enrochements peuvent se retourner sous l’action d’une vague (retournements = overturned rocks) et faire partie de l’une ou l’autre des catégories évoquées plus haut.
Stabilité des carapaces (1)4. Les phénomènes étudiés
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 36
• On notera que les oscillations n’ont d’intérêt que dans la mesure où elle sont annonciatrices de déplacements. Elles ne sont en général pas prises en compte dans l’analyse de la stabilité des carapaces en enrochements.
• Un autre type d’analyse consiste à s’intéresser à l’évolution en profil de la carapace (reprofilage de la carapace = reshaping of the armour layer), par visualisation à travers la vitre du canal (essais 2D) ou mesure de la surface d’érosion par levé du profil avant et après essai.
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (2)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 37
Exemple d’évolution d’une carapace en enrochements, jusqu’à la ruine (1/3).
La stabilité des digues à talus
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (3)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 38
Exemple d’évolution d’une carapace en enrochements, jusqu’à la ruine (2/3).
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (4)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 39
Exemple d’évolution d’une carapace en enrochements, jusqu’à la ruine (3/3).
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (5)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 40
Exemple d’une carapace en blocs cubiques rainurés
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (6)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 41
Etat initial Etat final
Tassements et réarrangements de blocs dans le talus.
Basculement de blocs de crête
Chutes
Exemple d’une carapace en blocs cubiques rainurés
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (7)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 42
Exemple d’une carapace en blocs monocouche (ACCROPODETM II)
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (8)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 43
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (9)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 44
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (10)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 45
4. Les phénomènes étudiés Stabilité des carapaces (11)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 46
• L’analyse porte en général sur l’érosion du talus intérieur sous l’effet des franchissements.
Il s’agit surtout d’une analyse qualitative : on vérifie que le reprofilage du talus d’enrochements est suffisamment limité pour ne pas porter atteinte àla stabilité générale de l’ouvrage.
On vérifie en particulier
* que la sous-couche reste protégée ;
* que la stabilité du mur de couronnement reste assurée (voir pages suivantes).
• L’analyse peut également être quantitative et consister, comme pour la carapace du talus exposé, à dénombrer les enrochements déplacés ou àmesurer la surface érodée.
Cas du talus arrière en enrochements
Talus arrière (1)4. Les phénomènes étudiés
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 47
Avantl’essai
Aprèsl’essai
Exemple de dommages sur le talus arrière. Les dommages apparaissent dans la zone d’impact des franchissements. Les enrochements déplacés sont situés au-dessus du niveau d’eau. Les enrochements sous l’eau sont protégés des impacts.
4. Les phénomènes étudiés Talus arrière (2)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 48
Les enrochements de la berme de crête et les blocs carapace sont déplacés vers l’arrière sous le mur.
Exemple de ruine provoquée par l’instabilité du talus arrière
Erosion du talus arrière, afouillementdu couronnement, basculement du mur.
1
2
3
4. Les phénomènes étudiés Talus arrière (3)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 49
Vue de dessus, avant et après l’essai.
Exemple de ruine provoquée par l’instabilité du talus arrière
4. Les phénomènes étudiés Talus arrière (4)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 50
Glissement de la carapace avec apparitions de vides
Déstabilisation de la butée par desaffouillements
Glissement de la carapace avec apparitions de vides
• L’importance de la butée de pied est illustrée sur les figures suivantes. Ces figures montrent l’affaissement de la carapace dû à la déstabilisation de la butée par affouillement et/ou par la houle.
Butée de pied (1)
Cas de la butée de pied
4. Les phénomènes étudiés
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 51
• Comme dans le cas d’une carapace en enrochements, l’analyse sur modèle de la stabilité de la butée de pied est généralement quantitative et consiste à compter le nombre d’enrochements déplacés de plus d’un diamètre nominal de leur position initiale dans la butée (displacements by more than Dn).
• Un enrochement déplacé de plus de Dn est un enrochement en général extrait (extracted rock) de sa position initiale dans la butée et peut :
* rester dans la butée (displacement within the toe berm) ;
* chuter (fall, rock removed out of the toe berm) vers la semelle ou les fonds marins ;
* être projeté vers la carapace (toe rock ejected/projected to the armourlayer), phénomène important car pouvant conduire à la casse des blocs carapace.
Cas de la butée de pied
4. Les phénomènes étudiés Butée de pied (2)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 52
• L’un des critères généralement utilisés est qualitatif : on vérifie que les déplacements d’enrochements de butée sont suffisamment limités pour que la butée continue à jouer efficacement son rôle de support de la carapace.
On vérifie notamment que le reprofilage de la butée (reshaping/flatteningof the toe berm) est limité et que la zone érodée en haut de butée n’atteint pas le pied de la carapace.
On vérifie également qu’il n’y a pas de projections d’enrochements de butée vers la carapace (en particulier dans le cas de carapaces en blocs artificiels).
On notera que des enrochements déplacés, mais restés dans la butée, peuvent continuer à jouer un rôle de butée, à participer à la masse d’enrochements de butée.
4. Les phénomènes étudiés Butée de pied (3)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 53
Aprèsconstruction
En fin de série d’essais
Exemple d’évolution d’une butée stable.
4. Les phénomènes étudiés Butée de pied (4)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 54
Exemple d’évolution d’une butée instable.
En fin de série d’essais
Aprèsconstruction
4. Les phénomènes étudiés Butée de pied (5)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 55
Les études de digues à talus sur modèle physique peuvent inclure des essais en phase travaux.
L’appréciation de la stabilitéde l’ouvrage ne s’établit généralement pas selon les mêmes critères.
Pour le noyau on cherche en général le Hs à partir duquel on ne peut plus construire.
Exemple d’évolution d’un noyau de digue à talus non protégé.
Reprofilage du tout-venant.
Mise en évidence du profil final : zoned’érosion et zone d’accumulation du
matériau érodé.
1
2
3
STABILITE EN PHASE TRAVAUX
4. Les phénomènes étudiés La phase travaux (1)
B. BaillyDPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Modèles de stabilité 56
Direction de la houleVue de dessus
1 2 3
4. Les phénomènes étudiés La phase travaux (2)
Benjamin Bailly (SOGREAH)Septembre 2010
Formation MaritimeFormation Maritime
CONCEPTION PORTUAIRECONCEPTION PORTUAIRE
Typologie des quaisTypologie des quais
Conception des quais et des terminaux portuaires: SOMMAIRE
1. Typologies des structures d’accostage et critères de choix
2. Les actions à prendre en compte
• Les forces agissant sur un navire et l’impact d’un navire sur le quai
• Les autres actions
3. Les dispositifs d’amarrage3. Les amarres
4. Les défenses
4. Les états limites à vérifier
1. Typologies des structures d’accostage et critères de choix
� Comme pour les digues, pour les structures d’accostage aussi il existe plusieurs typologies structurelles
� On peut distinguer d’abord les appontements à structures isolées (pour des tankers et gaziers) et les quais à paroi continue, ayant une fonction de soutènement du terre-plein à l’arrière, pour des conteneurs, marchandises diverses et la plupart des vraquiers solides)
� Pour les appontements à structures isolées (Ducs d’Albe) le choix est limité entre une structure sur pieux (la plus répandue) et une structure en caissons
� Pour les quais à paroi continue la variété de structures est bien plus importante : nous ferons donc référence à ce type d’ouvrage, pour pouvoir mieux explorer la diversité des typologies structurelles.
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 4 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (1)
Quai à paroi continue
Les quais massifs� Les quais en blocs de béton superposés� Les quais en caissons de béton armé
Les quais préfabriqués en béton armé
Les quais en soutènement plans� Les quais en rideaux de palplanches à module� Les parois moulées en béton armé
Les quais en gabions de palplanches
Les quais sur pieux
Postes à structures isolées
« Ducs d’albe » en caissons de béton armé
« Ducs d’albe » sur pieux
Typologies structurelles principales des structures d’accostage
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 5 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (2)
Les quais massifs en blocs de béton superposés� Historiquement très répandus� Adaptés pour
� Des profondeurs < 12 à 15m� Des chantiers avec contraintes en moyens
� Avantages : � Réalisation relativement facile et possible avec des
moyens de chantier conventionnels,� Durabilité (pas de structures métalliques)
� Problèmes à considérer :� Conditions géotechniques,� Charges importantes sur le terre-plein� « Lenteur » relative d’exécution
Quai d’armement de La Ciotat
Constanza (Roumanie)Quai en blocs évidés
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 6 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (3)
Les quais massifs en caissons en béton armé
� Actuellement très répandus� Adaptés pour
� Des profondeurs > 10m, en pratique sans limites supérieures
� Des chantiers avec grands moyens (ponton spécial, ou bassin de fabrication avec écluse, ou bassin avec cale de halage)
� Avantages : � Réalisation très rapide,� Possibilité d’absorber des
charges très importantes
� Problèmes à considérer :� Conditions géotechniques,� Organisation du chantier� Disponibilité des fonds (non
adaptés pour un port dragué vers l’intérieur)
Quai minéralier de Fos
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 7 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (4)
Méthodes de construction des caissons
� A sec (dans des bassins équipés d’écluse )� A sec, (photos à droite) dans des bassins avec des
rampes sur rails ou des SYNCROLIFTS, adaptés àau halage du caisson
� Avec des pontons spécialisés (voir la page suivante)
� Avec des plateformes fixes spéciales (voir photo en bas)
Solution à sec avec Syncrolift pour le halageSolution avec plateforme fixe
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 8 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (5)
Solution avec pontons spécialisés
Phases de réalisation (le ponton est utilisé jusqu’à ce que le caisson soit assez stable en flottaison pour
être remorqué au site définitif)
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 9 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (6)
Remplissage hydraulique des caissons sur place, digue du port de Voltri
(Genova)
Remorquage du caisson en flottaison et remplissage hydraulique
Quai conteneurs de Havre port 2000
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 10 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (7)
Les quais préfabriqués en béton armé� Plutôt rares� Adaptés pour
� Des profondeurs < 14m� Des chantiers avec moyens spécifiques et
très bonne organisation
� Avantages :� Rapidité d’exécution,� Possibilité de « normaliser » l’exécution
pour d’autres quais
� Problèmes à considérer : � Conditions géotechniques,� Charges importantes sur le terre-plein,� Joints délicats entre deux éléments
Schéma d’un quai réalisé au Maroc, à Nador
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 11 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (8)
Les quais en rideaux de palplanches à module � Adaptés pour
� Des profondeurs et des charges non exceptionnelles� Une exécution à sec (avec dragage programmé après l’achèvement de la structure du quai)
� Avantages :� Rapidité d’exécution (palplanches battues) et économie
� Problèmes à considérer :� Conditions géotechniques,� Charges importantes sur le terre-plein,� Protection contre la corrosion de l’acier
Quai commercial à Hong Kong
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 12 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (9)
Les quais en parois moulées en béton armé� Adaptés pour
� Toute profondeur et toute charge� Une exécution à sec (avec dragage programmé après l’achèvement de la structure du quai)
� Avantages : � Rapidité d’exécution et économie� Possibilité d’accueillir les plus grands navires (terminaux conteneurs)� Extrêmement répandus dans les extensions des grands ports du Nord de l’Europe
� Problèmes à considérer : � Conditions géotechniques, protection contre la corrosion de l’acier (moins problématique que
pour les quais en palplanches)
Quai des Flandres à Dunkerque
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 13 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (10)
Les quais en gabions de palplanches� Adaptés pour
� Profondeurs et charges « moyennes »� Une réalisation en mer
� Avantages : � Economie, surtout dans des zones où le béton est cher� Possibilité d’accueillir les plus grands navires (terminaux conteneurs)� Extrêmement répandus dans les extensions des grands ports du Nord de l’Europe
� Problèmes à considérer : � Conditions géotechniques� Protection contre la corrosion de l’acier
Quai Conteneurs à Fos
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 14 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (11)
Quai Conteneurs à FosLe quai en cours d’exécution
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 15 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (12)
Les quais en pieux� Adaptés pour
� A priori toute condition de profondeur et toute charge� Des conditions où la réduction de l’agitation résiduelle est importante
� Avantages :� La structure en pieux est idéale pour les structures d’accostage des postes isolés (tankers et
GNL)� Possibilité d’accueillir les plus grands navires� Possibilité de s’adapter à toute condition géotechnique
� Problèmes à considérer : � Coûts locaux des enrochements naturels� Délais d’exécution
Quai Montoir à Nantes
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 16 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (13)
Quai Montoir à Nantes
1. Typologie des structures
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 17 B. Bailly
Typologies des structures d’accostage et critères de choix (14)
Les structures d’accostage d’un poste pour tankers ou navires méthaniers, qui n’ont pas besoin de contenir un terre-plein à l’arrière, sont très souvent réalisées en pieux.
(« Ducs d’Albe » ou «Dolphins», liés par des passerelles
piétonnes)
Plateforme de chargement -déchargement
1. Typologie des structures
2. Les actions à prendre en compte
� 2.1/ Les forces agissant sur un navire -> s’appliquant ensuite au quai
� 2.2/ Les autres actions
2.1. Les forces agissant sur un navire et l’ impact d’un navire sur le quai
� Les charges à considérer pour le dimensionnement d’un quai sont de différents types :
o Charges verticales qui agissent sur le terre-plein (ponctuelles et distribuées), transmises par le terrain derrière le quai. L’évaluation de cette action est du ressort de la géotechnique, et elle n’est pas traitée dans ce cours.
o Forces directes dues à la houle d’origine météorologique (souvent faibles àl’intérieur d’un port, mais qui peuvent être déterminées avec les mêmes méthodes que celles vues pour les digues verticales),
o Forces dues aux vagues générées par le passage des navires,o Action de l’hélice (« propeller jet ») qui s’exerce surtout sur les fondations des quais,o Forces exercées par le navire, sur les défenses et sur les points d’amarrage à
travers les amarres o Forces d’impact d’un navire à l’accostage. Très souvent dimensionnantes, elles
font l’objet de ce chapitre
� Pour déterminer les 2 derniers types d’efforts, il faut connaître les forces exercées sur le navire par les composantes environnementales
� Les remorqueurs et (si disponible) le propulseur d’étrave sont essentiel pour contrebalancer ces forces en phase d’accostage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 20 B. Bailly
Actions liées aux facteurs environnementaux
Les actions des facteurs environnementaux sur le navire(voir module sur les notions préalables)
Le vent L’action du vent peut être décomposée en action statique (vent constant ou de faible variation d’intensité et direction ) et action dynamique (rafales, pointes d’intensité et changements de direction)
2. Actions liées aux navires
Le courant L’action du courant est normalement négligeable dans le cas de navires amarrés dans un bassin portuaire, alors qu’elle peut être dimensionnant pour les postes situés dans des baies à marée ou le long des estuaires (exemple : Port de Saint Nazaire).
La houleIl faut distinguer • les vagues et houles de « courte » période (entre 5 et 20 s) qui sont dissipées en grande partie par les brise-lames, et • les houles « longues », de période entre 30 s et quelques minutes, qu’on peut très difficilement dissiper, et qui peuvent induire des phénomènes de résonance dans le bassin portuaire et dans les navires amarrés.
Ces actions sont de caractère dynamique, les effets dépendent de l’interaction avec l’ensemble navire/système d’amarrage, que seul un modèle mathématique peut calculer d’une manière fiable
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 21 B. Bailly
Forces exercées par le navire sur le quai (1)
Les forces exercées sur les structures par un navire à poste
Les forces transmises par un navire amarré sur les structures portuaires traduisent (àtravers la dynamique complexe de l’ensemble navire/système d’amarrage) l’action des facteurs environnementaux auxquels le navire est soumis.
Nous pouvons distinguer :
� la poussée sur les défenses,� les tensions dans les lignes d’amarrage
Les deux actions ont un caractère « oscillatoire » et dynamique.
Les défenses absorbent l’énergie de poussée en se comprimant, et transmettent à la coque du navire une force égale à celle reçue (et transmise au quai sur lequel elles sont installées).
Les lignes d’amarrage – qui sont souvent mises en pré-tension par des treuils situés sur le pont du navire au début des opérations, pour réduire les mouvements du navire – sont sollicitées par les actions dynamiques des facteurs environnementaux qui agissent sur le navire, et transmettent leur tension sous forme de forces agissant sur les points de liaison avec les postes (bittes ou crocs d’amarrage)
2. Actions liées aux navires
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 22 B. Bailly
0
1
0°10°
20°30°
40°
50°
60°
70°
80°
90°
100°
110°
120°
130°
140°150°
160°170°
180°190°
200°210°
220°
230°
240°
250°
260°
270°
280°
290°
300°
310°
320°330°
340°350°
Vw = 15m/s
Vc = 1.3m/s
H = 2.85m 8s
Forces transmises par le navire aux structures (1)
Un modèle d’amarrage (voir dans les figures qui suivent l’exemple de SHIPMOORINGS, déjà cité lors du cours « Planification portuaire ») est un outil essentiel pour calculer – pour des sollicitations dynamiques de houle irrégulière , vent et courant - les forces exercées par le navire amarré sur les lignes et sur les défenses.Les forces qui s’exercent sur les structures d’amarrage (ducs d’Albe ou bittes d’un quai continu) sont données par la somme des forces dans les lignes accrochées à ce point.
= forces sur les défenses = forces sur les structures d’amarrage ( = Σ tensions des lignes liées au croc de la structure)
Les modèles du navire à l’amarrage-> Requalification d’un quai
Forces exercées par le navire sur le quai (2)2. Actions liées aux navires
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 23 B. Bailly
0
1
0°10°
20°30°
40°
50°
60°
70°
80°
90°
100°
110°
120°
130°
140°150°
160°170°
180°190°
200°210°
220°
230°
240°
250°
260°
270°
280°
290°
300°
310°
320°330°
340°350°
Forces transmises par le navire aux structures (2)
= forces transmises par l’intermédiaire des défenses= max de l’effort transmissible
= forces sur les structures d’amarrage = Σ tensions de rupture des lignes par point d’amarrage
En pratique pour les quais neufs
Forces exercées par le navire sur le quai (3)2. Actions liées aux navires
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La force due à l’impact d’un navire à l’accostage
La force exercée par le navire à l’accostage sur les défenses dépend principalement de sa vitesse et de l’angle d’accostage, en plus, évidemment, des dimensions du navire.Les vitesses d’accostage dépendent de la facilité ou de la difficulté de l’approche, de l’exposition du poste et de la taille du navire. Le guide de vitesses d’accostage le plus largement utilisé est le graphique de Broesma approuvé entre autres par l’AIPCN et les British Standards.
Accostage difficile, exposé
e
Accostage normal, exposé
d
Accostage facile, exposé
c
Accostage difficile, abrité
b
Accostage facile, abrité
a
Forces exercées par l’accostage du navire (1)2. Actions liées aux navires
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Calcul de la force d’impact d’un navire à l’accostage
Accostage latéral sur un quai rectiligne ou sur un duc d’Albe
EN = 0,5 x MD x VB2 x CM x CE x CS X CC
• EN = Energie d’impact• MD = Déplacement du navire de projet (tonnes)• VB = Composante orthogonale au quai de la vitesse d’accostage• CM = Coefficient de masse ajoutée• CE = Coefficient d’excentricité• CS = Coefficient de souplesse de la coque• CC = Coefficient de configuration du quai
Accostage sur l’arrière d’un ro-ro
EN = 0,5 x MD x V2
• EN = Energie d’impact• MD = Déplacement du navire (tonnes)• V = Vitesse d’accostage
Forces exercées par l’accostage du navire (2)2. Actions liées aux navires
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Coefficient de masse ajoutée
Il estime la masse d’eau entraînée par le navire lors d’un déplacement latéral, qui accroît la masse totale en contact avec la défense.
La méthode Vasco Costa est communément employée :
CM = 1 + (2 x TE)/B
avec TE = tirant d’eau et B = Largeur du navire.
Source : AIPCN, Guide de conception des défenses, 2004.
Coefficient de configuration du quai
Il tient compte de l’effet d’amortissement procuré par la masse d’eau retenue entre le navire et le quai. Les valeurs adoptées sont
CC = 1 pour• angles d’incidence > 5°et/ou • clair sous quille > 0,5 x TE et/ou• structures ouvertes (Ducs d’Albe en pieux)
CC = 0,8 pour structures fermées (quai vertical) CC = 0,9 pour structures semi ouvertes (quai en pieux et talus en enrochements)
Source : FENTEK, Défenses et systèmes d’accostage, 2001
Forces exercées par l’accostage du navire (3)2. Actions liées aux navires
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Coefficient d’excentricité
(°) L’ angle d’accostage doit être < 10°
Le coefficient de bloc CB = MD/(LBP x B x TE x ρEAU)Valeurs typiques de CB sont:
• Pétroliers = 0,85,• Cargos à marchandises diverses et Vraquiers = 0,72 – 0,85• Porte conteneurs = 0,60– 0,80• Ro-ro = 0,70 – 0,80• Navires à passagers et ferries = 0,55 – 0,65
Source : AIPCN, Guide de conception des défenses, 2004.
Source : FENTEK, Défenses et systèmes d’accostage, 2001
Forces exercées par l’accostage du navire (4)2. Actions liées aux navires
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Coefficient de souplesse de la coque
Il permet de prendre en compte l’énergie absorbée par la déformation élastique de la coque. Les valeurs adoptées sont:
CC = 1 pour défenses souples et navires moyens/petitsCC = 0,9 pour défenses rigides et grands navires (typiquement les grands tankers)Source : AIPCN, Guide de conception des défenses, 2004.
Energie opérationnelle EO et énergie anormale EA
Deux types de vérifications de la stabilité des structures d’accostage, soumises à l’impact des navires, sont recommandées:
� Vérification pour des conditions opérationnelles. Elle fait référence aux vitesses des courbes de Broesma et à un angle d’accostage de 5°ou 6° (mais des valeurs plus précises peuvent être déterminées lors d’une étude avec simulateur mathématique). On appliquerait alors pour les vérifications des structures les coefficients de sécurité usuels;
� Vérification pour des conditions anormales (pour lesquelles on pourra appliquer pour les vérifications des structures un coefficient de sécurité proche de 1). Elles tiennent compte de différentes raisons (avarie machine ou remorqueurs, erreur humaine, variation soudaine de la météo). Les normes (AIPCN, 2004) recommandent EA = KA x EO, avec
• KA = 1,25 (grands) à 1,75 (petits) pour les tankers et les vraquiers • KA = 1,50 (grands) à 2,0 (petits) pour les porte conteneurs • KA = 1,75 (petits) pour les navires à marchandises diverses• KA = 2 pour les ro-ro et les petits navires
Forces exercées par l’accostage du navire (5)2. Actions liées aux navires
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Forces dues au passage d’un autre navire- Vague d’étrave (1)
Ces facteurs, normalement négligeables à l’intérieur d’un bassin portuaire, où la vitesse des navires ne dépasse pas 2-3 nœuds, sont en revanche à prendre en compte pour des postes situés le long d’un chenal (ex.: dans un estuaire) que les navires peuvent négocier à des vitesses supérieures (6 à 8 nœuds).
Houle et courant provoqués par le passage des navires
Sketch CUR page 4-72
L’action de la houle et des courants générés par les navires
2. Actions liées aux navires
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Vague d’étrave (2)
Plage de l'ArinellaProfil de propagation d'une vague d'etrave : H=1.0m, T=4.5s
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
560 570 580 590 600 610 620 630 640 650
Distance (m)
Hau
teu
r (m
) �Personnage de 1.30m environ
Cote des fonds
Niveau d'eau
Creux de vague
Crête de vague
Cote des fonds
Niveau d'eau
Creux de vague
Crête de vague
Plage de l'ArinellaProfil de propagation d'une vague d'etrave : H=0.6m, T=3.2s
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
560 570 580 590 600 610 620 630 640 650
Distance (m)
Hau
teu
r (m
) �Personnage de 1.30m environ
Ferry V = 8 nds
Vague d’étrave à la cote
E
N
S
O
Kelvin envelope
35.3°
Ferry V > 15 nds
• Sécurité ?
• Agitation
• Impact sédimentaire
• Pb d’amarrage
Fréquence de passage
2. Actions liées aux navires
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Action du courant d’hélice (1)
Cette action est particulièrement critique pour les navires ro-ro et les ferries, qui utilisent le moteur au maximum pour maîtriser leur arrêt au quai et leur départ. Les remorqueurs aussi peuvent créer des dégâts.Peu de problèmes en revanche – normalement - pour les autres navires, dont le jet de l’hélice est longitudinal au quai.Pour contraster cet effet (qui peut aller jusqu’à une érosion déstabilisante du pied de quai) des importantes protections en enrochements peuvent se révéler nécessaires.
Courant provoqué par l’hélice (« Propeller jet ») - A
La vitesse initiale du courant sur l’axe de l’hélice est exprimé par
U0 = 1,15 x [PKW/D0]0,33
où D0 = 0,7 x DP, et des valeurs typiques de PKW et DP sont données dans le tableau.
Source : H. Verhej, Delft Hydraulics, 1985
2 m1 5001 500Remorqueur
6 m1 500Appliqué vers le quai,qui est dans ce cas à
l'arrière du navire, sur son axe
15 000Ro-ro
9 m5 000Mais appliqué sur l’axe du navire, donc sans
impact sur le quai
50 000Porte conteneurs
Diamètre hélice DPPuissance appliqué au départ du quai PKWPuissance disponibleKW
Navire
2. Actions liées aux navires
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Un fois déterminée l’intensité des actions � U = courant de jet, � Hs et T, houle provoquées par le navireon peut déterminer la taille des enrochements nécessaires à protéger le pied du quai ou la berge, par - la formule d’Isbash pour la résistance au courant:
D50 ≥ 1,3 x U2 / (gΔk)
- et celle de Pilarczyk pour la résistance à la houle:
D50 ≥ HS x √ξ / (2,25 x Δ)
avec• Δ = (γrochers/γeau-1)• k = cosα x (1 – tan2α/tan2αN)0,5
• α = pente du talus• αN = pente naturelle (/tan2αN = 0,42 pour du gravier, = 0,7 pour des rochers);• ξ = 1,25 x (T/√HS) x tan α
Courant provoqué par l’hélice (« Propeller jet ») - B
La vitesse du courant à des distances X le long de l’axe et R transversale à l’axe est donnée par
UX MAX = U0 x (2 x 0,18 x X / D0)-1
UX R = UX MAX x exp [-15,4 x (R/D0)2/ (X/DO)2]
Source : H. Verhej, Delft Hydraulics, 1985
X
R
Source : AIPCN, Supplément au bulletin n°57, 1987
2. Forces agissant sur les navires Action du courant d’hélice (2)
2.2. Les autres actions transmises aux quais
� Efforts d’accostage (1) (voir chapitre suivant)
� Efforts d’amarrage (2) (voir chapitre suivant)
� Poussée des remblais (2’)
� Poids propre (4)
� Engins de manutention (5)
� Charges sur le terre plein (6)
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Actions du terrain et hydrostatique2. Autres actions transmises
Actions hydrostatiques
γw*Z1
Z1
Z2
γw*Z2
h
K * γt * h
Actions du terrain
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Actions dues aux surcharges2. Autres actions transmises
Surcharge d’outillageSurcharge de stockage
H
b
a
24
φπ +
φ
q
K * q
• Comportement aux vents (service / extrême)
• Combinaisons spécifiques
3. Les dispositifs d’amarrage
� Les dispositifs d’amarrage d’un navire au poste peuvent inclure:- Les défenses entre le navire et le poste,- Les câbles ou lignes d’amarrage reliant le navire au poste,- Les bollards ou autres points fixes d’amarrage à quai,- Des crochets ou des crocs à largage rapide sur les ducs d’Albe d’amarrage,- Les défenses entre le navire et le poste,- Des treuils ou des bollards d’amarrage à bord.
� Parmi ces dispositifs, les défenses, situées entre la coque du navire et l’ouvrage du quai ou poste, jouent un rôle très important tant au moment de l’accostage qu’en ce qui concerne les conditions d’amarrage. Elles font donc normalement l’objet d’un double dimensionnement.
� Les autres dispositifs sont sélectionnés et conçus avec le seul (mais essentiel) objectif de conditions d’amarrage sûres et efficaces.
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Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (1)
Les défenses à quai
Le premier rôle des défenses est d’amortir l’impact du navire contre le quai lors de l’accostage, le deuxième est celui d’amortir les impacts d’ordre oscillatoire provoqués sous l’action de la houle et des rafales de vent par le navire amarré.Dans les deux cas les défenses doivent générer des contraintes maîtrisées et connues.
Les défenses sont caractérisées par deux valeurs principales qui sont :
• l’absorption d’énergie (ou la capacité à stopper le navire en mouvement) et
• la réaction, ou l’ensemble des efforts engendrés durant leur compression (et transmis tant à la coque du navire qu’à la structure du quai)
Le diagramme ci-contre montre les courbes typiques réaction/déflexion et énergie/ déflexion pour une défense de type tronconique.
Objectifs
Les défenses doivent rester dans des valeurs de déflexion > 55%
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 38 B. Bailly
Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (2)
Les défenses à quai - Critères pour la disposition géométrique
> 1.05 L
L> 1,05 x LOA
0,25-0,4
LS
0,25-0,4
LL
Quai rectiligne, critère générique
Ducs d‘Albe sur le côtéd’un poste ro-ro
Ducs d‘Albe pour un poste tankers
3. Les dispositifs d’amarrage
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Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (4)
La figure montre les différentes courbes réaction/déflexion des principaux types de défenses. A part les défenses en bois, limitées aux petits ports, le corps de tout type de défense est en caoutchouc.Les défenses à déformation sont les défenses utilisées pour les postes des navires les plus importants, et comprennent des défenses de type tronconiques, cylindriques, à V ou trapézoïdales, toutes équipées d’un bouclier.
Les défenses à quai - Critères pour la sélection
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 40 B. Bailly
Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (5)
Défenses flottantes
Défenses cylindriques • les défenses cylindriques sont simples àinstaller, mais elles sont soumises à une usure importante. En plus, elles absorbent moins d’énergie que les défenses àdéformation pour la même réaction,
• les défenses flottantes ou pneumatiques, ont une réaction sur la coque relativement basse, mais une énergie absorbable limitée à 200-300 tm. Elles sont utilisées pour des installations temporaires
3. Les dispositifs d’amarrage
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Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (6)
Défenses trapézoïdales ou à V (en vertical à droite – en horizontal en bas) avec bouclier
• le bouclier (non indispensable dans les défenses trapézoïdales) grâce à son coefficient de frottement très bas (μ= 0,10 à 0,15 pour un bouclier d’acier recouvert de PE-UHMW) permet de réduire les forces de cisaillement appliquées au quai• ces défenses sont très fiables, et très répandues dans les quais rectilignes des grands terminaux conteneurs
3. Les dispositifs d’amarrage
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Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (7)
Défenses tronconiques (ou cylindriques) avec bouclier
• ces défenses sont désormais devenues le standard pour les grands terminaux tankers et méthaniers• la facilité de la mise en oeuvre en vertical (deux défenses sur le même bouclier) les rend particulièrement adaptées en cas d’excursion de marée importante• pour dimensionner le bouclier, voir les pressions admissibles
Pressions admissibles sur la coque
< 300 KN/m2< 150 000 tplTankers
150-200 KN/m2
VLCC (> 200 000 tpl)
< 200 KN/m2Gaziers et vraquiers
< 400 KN/m2> 20 000 tpl
400-700 KN/m2
< 20 000 tplGeneral cargo
< 400 KN/m2> 7000 EVP
< 250 KN/m25 000 – 6 000 EVP
< 300 KN/m23 500 – 4 500 EVP
< 400 KN/m21 000 – 3 000 EVPPorte conteneurs
Source : AIPCN, 2004
3. Les dispositifs d’amarrage
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Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (8)
Les lignes d’amarrage
Les lignes d’amarrage sont les éléments les plus importants pour maîtriser les mouvements des bateaux à poste. On distingue 3 groupes de câbles d’amarrage
1. Amarres de garde (utilisées pour contrôler le cavalement et garder le bateau dans une position fixe le long du quai)
2. Amarres traversières (utilisées pour réduire les mouvements d’embardée et lacet)3. Amarres de pointe (utilisées en complément des autres, surtout lors d’actions longitudinales
du vent et du courant)
Amarres de pointe
Amarres de garde
Amarres traversières
Terminal méthanier de Fos 2
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 44 B. Bailly
Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (9)
Il existe de nos jours une large gamme de lignes d’amarrage :• Amarres en fibre naturelle (les câbles traditionnels, peu résistants à l’abrasion et ayant une durée
de vie limitée) • Amarres en fibres synthétiques (désormais d’usage courant, en nylon ou polypropylène, très
résistants et relativement légers – communs pour les porte conteneurs)• Amarres en acier (pas coûteuses et durables, mais trop rigides – voir la figure - et sujettes à la
rupture)• Amarres mixtes acier/fibres synthétiques (particulièrement utilisées pour l’amarrage de grands
pétroliers et méthaniers).
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 45 B. Bailly
Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (10)
Systèmes de fixation et mise en tension
Bollards (quais rectilignes)
Crocs à largage rapide (QRMH, Quick Release MooringHooks) pour les ducs d’Albe, jusqu’à 4 lignes pour chaque QRMH. Sécurité en plus contre la rupture de lignes
Critères pour le charges admissibles minimales des points de fixation• Navires entre 20 000 et 50 000 tonnes (déplacement) � 80 tonnes• Navires entre 50 000 et 100 000 tonnes (déplacement) � 100 tonnes• Navires entre 100 000 et 200 000 tonnes (déplacement) � 150 tonnes• Navires > 200 000 tonnes (déplacement) � 150 tonnes
Source : BSI, part 4, 1994
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 46 B. Bailly
Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (11)
Critères pour la disposition des amarres - Généralités
•Tension maximale acceptable = 55% de la tension de rupture,
• Pour les queues en matériaux synthétiques, il est recommandée une longueur d’environ 10 m, et de limiter la tension de travail à < 45% de la tension de rupture
• Pré tension < 10% de la tension acceptable donnée par les treuils à bord : voir la figure)
• Dans les amarres mixtes, la tension acceptable de la «queue» en synthétique (soumise à plus de manipulations) doit être 20 à 25% plus importanteque celle de la partie en acier.
Critères opérationnels de projet
• En général, les câbles doivent être repartie symétriquement par rapport au centre de gravitédu navire.• Les câbles du même groupe doivent avoir la même typologie.
Sources: British Standards (« Part 4 – Code of practice for design of fendering and mooring systems», 1994 ») et OCIMF (OilCompanies International Marine Forum): « Mooring Equipment Guidelines », 2002
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 47 B. Bailly
Les dispositifs pour l’accostage et l’amarrage d’un navire (12)
Angle vertical maximum(toujours pour un navire lège
en en basse marée) = 25°
Longueur minimale d’une ligne (souvent pour niveau moyen de la mer) = 25m
Niveau bas de marée
Niveau moyen
Niveau haut
Critères pour la disposition des amarres – Disposition verticale
Critères pour la disposition des amarres – Disposition horizontale
• Pointe : angle avec la perpendiculaire au navire = 15 à 25°pour un poste « isolé », (voir la figure à la page 6) mais jusqu’à 45 °pour un poste le long d’un quai rectiligne, ou la contrainte devient le croisement des lignes des postes avoisinantes (voir la figure à la page précédente)• Traversière : angle avec la perpendiculaire < 15°• Garde : angle avec le front du quai < 10°
Des angles négatifs (à évaluer en basse marée et avec navire en pleine charge) sont à éviter, à cause
de la friction entre les amarres et le bord du quai
3. Les dispositifs d’amarrage
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 48 B. Bailly
Assistance à l’amarrage
Mooring Load Monitoring System (MLMS)
Quick Release Mooring Hook
3. Les dispositifs d’amarrage
4. Etats limites à vérifier
� Mur poids
� Ecrans de soutènement
� Quais sur pieux
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 50 B. Bailly
Mur poids4. Etats limites à vérifier
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 51 B. Bailly
Ecrans de soutènement4. Etats limites à vérifier
• Attention aux tirants et à la liaison avec les rideaux
DPDPM Formation Sept. 2010 – Conception portuaire – Typologie des quais 52 B. Bailly
Quai sur pieux
• Attention au frottement négatif en cas de sols compressibles
• Attention à la poussée latérale des terres (participe au flambement)
4. Etats limites à vérifier