Journée COTITA

Ouvrages d’art destinés aux “modes doux”

www.developpement-durable.gouv.fr

Ministère de l'Écologie, de l'Énergie,du Développement durable et de l'Aménagement du territoire

Etude dynamique de la passerelle “La Ralentie” à Rennes

B. Thauvin, CETE de l’OuestP. Charles, SETRA

22

Présentation du contexte

Passerelles piétonnes de plus en plus élancées, de plus en plus souples et de plus en plus légères (effets esthétiques)

Grande sensibilité vis-à-vis des déformations

Piétons : actions dynamiques de faible intensité

Amplitude de mouvement important- en général non préjudiciable pour la structure- mais sensation d’inconfort pour les usagers

33

Présentation du contexteStade de Rennes

Parkings

Passerelle La Ralentie : seul passage piéton depuis le stade

jusqu’au parking.

Plainte des usagers :Oscillations inconfortablesde la passerelle

44

Présentation du contexte

Avant le match :le stade se remplit en environ 2h avec une période de fort passage 45 minutes avant matchLa densité est importante. La passerelle vibre, sans que cela soit gênant.

Après le match :le stade se vide en ~30 minutes. La densité est de l’ordre de 2 piétons /m². Le mouvement est lent.D’importantes vibrations horizontales sont ressenties. Elles sont très gênantes mais n’engendrent pas de panique.

55

Présentation de l’ouvrageStructure métallique de type poutre-échelle

Tirants reliant le haut des montants sur culée au bas des montants aux tiers de travée.

Profil structurel en U souple en torsion.

Ensemble peu contreventé

66

Présentation de l’ouvrage

Platelage inférieur : réseau de poutres perpendiculaires.Quelques tubes de contreventement mal disposés et n’assurant qu’un contreventement partielPlatelage en bois

77

Objectifs de l’étude dynamique

Consultation lancée par la ville de Rennes

Réponse commune CETE de l’Ouest / SETRA

• Comprendre le phénomène- Par le calcul (modélisation)

- Par les mesures le soir d’un match à grand enjeu (instrumentation)

Rennes – PSG, mai 2006

Stade de Rennes : 31000 places (sans doute plein ce jour, Rennes était 3ème à l’époque)

• Proposer des solutions pour régler définitivement le problème

- Amortisseurs dynamiques

- Renforcement de la structure

88

Calculs dynamiques

Détermination des modes propres et accélérations

• Détermination des modes propres et fréquences propres

• Calculs d’accélération selon « guide passerelles SETRA»

99

Calculs dynamiques

Mode 1 Torsion Flexion latérale

A vide f = 2,19 Hz

Avec piétons f = 2,06 Hz

Mode 2 Flexion verticale

A vide f = 3,45 Hz

Avec piétons f = 3,10 Hz

1010

Calculs dynamiques

Mode 3 Torsion Flexion latérale

A vide f = 3,77 Hz

Avec piétons f = 3,47 Hz

Mode 4 Torsion Flexion latérale 2 ondes

A vide f = 4,27 Hz

Avec piétons f = 4,12 Hz

1111

Calculs dynamiques

Conclusion de l’étude des modes propres

• Mode n°1Fréquence correspondant presque parfaitement à une fréquence moyenne de marche des piétons.

C’est l’action verticale des piétons principalement qui excite la passerelle en torsion

Du fait du couplage torsion-flexion latérale, la passerelle réagit surtout par une accélération horizontale très gênante.

• Autres modesA priori moins gênants car à des fréquences supérieures à 3Hz

Peuvent s’avérer gênants dans certains cas particuliers

1212

Calculs dynamiques

Application du Guide SETRA pour le mode 1

Classe 1 : Passerelles très fréquentées

Classe 2 : Passerelles moyennement fréquentées

Accélération Calcul Seuil

Verticale 1,70 m/s² 1 m/s²

Horizontale 3,77 m/s² 0,2 m/s²

Accélération Calcul Seuil

Verticale 0,56 m/s² 1 m/s²

Horizontale 1,24 m/s² 0,2 m/s²

Qqs la classe, les accélérations verticales sont très inconfortables

1313

Calculs dynamiques

Application du Guide SETRA pour le mode 1Utilisation d’un « modèle de foule » plus réaliste :Foule aléatoire composée d’1 piéton/m² dont la fréquence et la phase de chaque piétons sont tirées aléatoirement.

Acc

élér

atio

n (m

/s²)

Temps (s)

1414

Instrumentation, mesures

Objectifs :-- Calibrer, ajuster le modèle de calcul théorique-- Mesurer les accélérations réelles et les fréquences

capteurs « géophones »

1515

Instrumentation, mesures

1616

Instrumentation, mesures

Mesures réalisées

• Avant match :Enregistrement continu des vibrations

Pendant match :Essais de caractérisation (pas de piétons sur ouvrage)

Excitation des modes propres par 2-3 piétons par métronome

Arrêt de l’excitation et mesure du coefficient d’amortissement par décrément logarithmique.

Après match :Enregistrement continu des vibrations

1717

Instrumentation, mesures

-60,00

-40,00

-20,00

0,00

20,00

40,00

60,00

20,0

1

20,5

0

20,9

9

21,4

7

21,9

6

22,4

5

22,9

4

23,4

3

23,9

2

24,4

0

24,8

9

25,3

8

25,8

7

26,3

6

26,8

5

27,3

3

27,8

2

28,3

1

28,8

0

29,2

9

29,7

8

30,2

6

30,7

5

31,2

4

31,7

3

32,2

2

32,7

0

33,1

9

33,6

8

34,1

7

34,6

6

35,1

5

35,6

3

36,1

2

36,6

1

37,1

0

37,5

9

38,0

8

38,5

6

39,0

5

39,5

4

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0,25

0,45

0,65

0,85

1,05

1,25

1,45

1,65

1,85

2,05

2,25

2,45

2,65

2,85

3,05

3,25

3,45

3,65

3,85

4,05

4,25

4,45

4,65

4,85

5,05

5,25

5,45

5,65

5,85

Pic à 2,20 Hz

y = 40,522e-0,005x

R2 = 0,9938

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 200,00

Mode 1 :Fréquence exacte 2,2 Hz (Calcul à vide : 2,19Hz !)Amortissement : 0,5 %

Détermination du coeff. d’amortissement

1818

Instrumentation, mesuresA

ccél

érat

ion

(m/s

²)

Temps (s)

Fréquence (Hz)

Enregistrement après match (passage de la foule)

1919

Instrumentation, mesures

Conclusions de l’instrumentation

• Résultats horizontaux Accélérations horizontales :

- sur platelage : amax = 1m/s² (soit 7mm d’amplitude),

- Membrures spérieures : amax = 2m/s² (soit 14mm amplitude)

~ 25 minutes de durée de dépassement du seuil de confort de 0,2m/s²

• Résultats verticaux Accélérations verticales de 0,6m/s² (restent dans la limite du confortable et en pratique non ressenties)

2020

Enseignements

Mode 1 (2,1 Hz) très sollicité (par des forces verticales sollicitant l’ouvrage en torsion avec mouvements latéraux)

Autres modes non sollicités

Sollicitation des piétonsCas général Foule (grande densité et

marche lente)1,6 à 2,4 Hz 1,2 à 1,8 Hz

Cas de la passerelle « La Ralentie » :

Sollicitations aux alentours de 1,7 Hz (à comparer à fo = 2,1 Hz)

Les accélérations auraient pu être beaucoup plus élevées si la passerelle avaient été plus souple ...

2121

Renforcement : plusieurs optionsSituation précédente

- Invisible, mais obligation de démonter le platelage et les diagonales- fréquences de 2,05 à 2,8 Hz

Option 1 : renforcement du platelage

- fréquence de 2,05 à 3,2 Hz - visible, mais pas de démontage du platelage

Option 2 : renforcement des membrures supérieures

- fréquence de 2,05 à 3,6 Hz

Option 3 : renforcement platelage et membrures supérieures

2222

Suites de l’étude

Marché de Moe (études, travaux) puis marché travaux :-Tranche ferme : Renforcement du platelage inf.-Tranche conditionnelle : Renforcement des membrures sup.

Affermissement tranche conditionnelle :

Contrôle comportement vis-à-vis des seuils d’inconfort

2323

Pour éviter la fermeture d’une passerelle peu de temps après son inauguration …

Solferino, Paris Millenium, Londres

… Prise en compte du comportement dynamique lors de la conception !