La conception du saut-de-mouton de Sablé

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1 La conception du saut-de-mouton de Sablé SNCF Direction de l Ingénierie Département des Ouvrages d Art (IGOA) SNCF INFRA PROJETS SYSTÈME INGENIERIE Département des Ouvrages d Arts (PSIGT.OA) 17 OCTOBRE 2013

2 SOMMAIRE CHAPITRE 1 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET CHAPITRE 2 SOLUTION RETENUE CHAPITRE 3 HYPOTHÈSES DE CALCUL ET JUSTIFICATIONS 2 SNCF

3 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET

4 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les raccordements PBL Bretagne Pays de la Loire 182 km de ligne nouvelle PPP attribué à ERE (Eiffage Rail Express) 32 km de raccordements au réseau existant MOA : RFF MOA Déléguée et MOE : SNCF 4 4 SNCF Paris Rennes Le Mans

5 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Le raccordements de Sablé-sur-Sarthe Création d un saut de mouton Ouvrage ferroviaire permettant le croisement dénivelé de deux voies après s être écartées l une de l autre Le biais de l ouvrage à réaliser est alors très important (15g) Travaux de terrassement Travaux de voie 5 5 SNCF

6 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les solutions classiques de saut de mouton Cadre béton armé La voie qui s écarte passe au dessus de l autre via un cadre BA 6 6 SNCF

7 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les solutions classiques de saut de mouton Ouvrage d art La voie qui s écarte passe au dessus de l autre via un pont rail 7 7 SNCF

8 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les solutions classiques de saut de mouton Terrier La voie qui s écarte passe au dessous de l autre via une tranchée 8 8 SNCF

9 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Le site Voies en déblais d environ 6m La ligne à double voie Le Mans Angers, électrifiée en 2x25 kv 9 9 SNCF

10 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les solutions présentées à l AVP Solution 1 : portique BA Dalle (70m) Murs de soutènement (166m) Terrassement 10 SNCF 10

11 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les solutions présentées à l AVP Solution 2 : bi-poutre mixte 3 travées Tablier (170m) 2 culées et 2 piles Murs de soutènement (70m) Terrassement 11 SNCF 11

12 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Les solutions présentées à l AVP A l issue de l AVP, la solution «bi-poutre mixte 3 travées» est retenue Avantages Moins d impact sur les circulations Plus économique (car moins de terrassement et de murs de soutènement) Inconvénients Longueur dilatable supérieure à 90m : nécessité d un Appareil de Dilatation (AD), Aire de montage/lançage longue : nécessité de dévier la RD 252 et de démolir une ferme désaffectée, Ouvrage nécessitant plus de maintenance, Inspection du tablier via nacelles négatives avec interception des circulations des 3 voies (V1, V2 et V1R). 12 SNCF 12

13 CONTEXTE ET HISTORIQUE DU PROJET Mission du Département des Ouvrages d Arts de la SNCF (IGOA) AVP réalisé par le groupe Ouvrages d Art du Pôle Régional d Ingénierie (PRI) de Nantes Les missions suivantes ont ensuite été confiées à IGOA : PRO DCE (Appel d offre) ACT (Assistance Contrat Travaux) VISA DET Partiel Procédures, Demandes agréments de produits et matériaux, Notes de calculs et plans des ouvrages provisoires de première catégorie, Fiches d'adaptation et de non-conformité. 13 SNCF 13

14 SOLUTION RETENUE

15 SOLUTION RETENUE Les données d entrée fonctionnelles Tracé en plan et profil en long des voies franchies (V1 et V2) et de la voies supportées (V1R) Plan topo Emprises Vitesses des circulations et armements Pistes et équipements Positions des poteaux caténaires et efforts à reprendre Quelques caractéristiques de V1R : forte courbe en plan (R=980m) -> dévers 154mm, Epaisseur de ballast 30cm, Piste côté extérieur courbe. 15 SNCF 15

16 SOLUTION RETENUE Choix de la position des appuis Objectifs Réduire la portée centrale Rester suffisamment loin des voies circulées zone interdite : < 3m de l axe de la voie zone de protection : < 5m de l axe de la voie -> Nécessité de trouver un compromis Biais entre l axe de l ouvrage et l axe des piles Balancement portées rive/centrale=77% 16 SNCF

17 SOLUTION RETENUE Les différentes parties de l ouvrage : Tablier métallique Hauteur des PRS : 3,30m. Epaisseur semelles et âme variables avec découpage en 3 zones : Entre 0m et 6m des piles : 80mm/30mm/80mm, Entre 6m et 16m des piles : 65mm/25mm/65mm, Au delà : 50mm/20mm/50mm. Diaphragmes avec trous d homme : Espacement 10m/11m, Epaisseur 20mm (25mm sur piles). Acier : S355 N si e>30mm ou connecteur S355 K2+N sinon Protection anticorrosion C4ZNV 17 SNCF 17

18 18 SNCF

19 19 SNCF

20 20 SNCF

21 Photo 21 SNCF

22 SOLUTION RETENUE Les différentes parties de l ouvrage : Hourdis béton Hourdis supérieur : Largeur 6.14m, Epaisseur minimum 35cm Ferraillage longi : 1%. Hourdis inférieur : Rôle : rigidité en torsion, comportement dynamique, entretien. Ne participe pas à la flexion, Epaisseur 15cm. Béton C30/37 XC4 22 SNCF 22

23 23 SNCF

24 24 SNCF

25 25 SNCF

26 SOLUTION RETENUE Les différentes parties de l ouvrage : Schéma statique et appareils d appui Schéma statique : Point fixe en P2 Appareils d appui à pot Longueur dilatable 117m Pas d appareils de dilatation Joint couteau en C0 et en T en C3 26 SNCF 26

27 SOLUTION RETENUE Les différentes parties de l ouvrage : Piles 27 SNCF 27 Béton C30/37 Fondations superficielles Deux fûts indépendants, reliés en partie basse pour reprendre le choc

28 Photo 28 SNCF

29 SOLUTION RETENUE Les différentes parties de l ouvrage : Culées 29 SNCF 29 Béton C30/37 Fondations superficielles Murs

30 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS

31 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Géotechnique Sable limoneux puis grès présentant de bonnes caractéristiques mécaniques C0 31 SNCF 31 P1

32 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Géotechnique Sable limoneux puis schiste présentant de bonnes caractéristiques mécaniques P2 32 SNCF 32 C3

33 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Sismique Catégorie d importance retenue est III (coefficient d importance 1.2) Zone de sismicité 2 (faible) : ag = γi * 0,7 m/s² Calcul en élastique (coefficient de comportement q=1) 33 SNCF 33

34 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Interaction voie-oa Variation uniforme de température : L ouvrage se déforme librement, Les rails sont continus de part et d autre de l ouvrage. Flexion sous convoi et gradient thermique : Déformation du tablier introduit des contraintes dans les rails Freinage/démarrage : Une partie de la charge est repris par les rails L étude d interaction voie-oa doit : Vérifier que le supplément de contraintes dans le rail, dû à la présence du pont, ne dépasse pas 70MPa en compression et 92 MPa en traction Déterminer la diminution des efforts de freinage/démarrage à reprendre par l appui fixe longitudinal du pont 34 SNCF 34

35 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Poids Propre et chargements climatiques Masse volumique : Acier : 77kN/m3 Béton : 25 kn/m3 Ballast : 20 kn/m2 Etanchéité : 24 kn/m3 Vent Variation uniforme de température Gradient 35 SNCF 35

36 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Surcharges d exploitation verticales 4 Modèles de charge ferroviaire : LM71 SW2 SW0 Train à vide (10kN/m) Attention à l excentricité des charges : 8cm pour LM71 Excentricité additionnelle liée au dévers 36 SNCF 36

37 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Surcharges d exploitation horizontales et chocs Freinage 20kN/m pour LM71 (dimensionnant) 35kN/m pour SW0 et SW2 Démarrage : 33kN/m et total inférieur à 1MN Force centrifuge (accélération horizontale en V²/R) Chocs de train sur les piles 400t dans le sens des voies 150t perpendiculairement 37 SNCF 37

38 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Critères à respecter Critères «classiques» Résistance des matériaux Stabilité externe des fondations Déformations acceptables 5mm sous freinage/démarrage Critère de déformation verticale pour le confort des voyageurs (critère pour limiter l accélération dans les caisses) Rotation de l about de tablier (continuité de la voie) Gauche (risque de déraillement) Points à vigiler Fatigue (surtout du métal) Dynamique (accélération verticale du tablier et déformations) Soulèvement d appui 38 SNCF 38

39 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Justifications : tablier Analyse globale non fissurée pour détermination des zones fissurées Calculs des résistances des sections En flexion (ici section de classe 1 ou 2 -> résistance plastique) En cisaillement (attention au instabilité) Interaction M/V Vérification des critères de déformation Calcul à la fatigue Calcul dynamique 39 SNCF 39

40 HYPOTHÈSES ET JUSTIFICATIONS Justifications : Appuis Descente de charges issue du tablier Répartition des efforts horizontaux suivant le schéma statique Prise en compte de l excentrement des charges verticales Prise en compte du désaxement des charges horizontales Chocs de trains sur les piles Nécessité de relier les fûts de piles en partie basse Vérification du déplacement sous freinage 40 SNCF 40

41 Merci pour votre attention