Référence Passerelle Hamoir ndc hypothèses de charge.docx

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1 Madame Taquet Françoise SPW : Direction des Conceptions et des Calculs Rue Cote d Or, Liège Liège, le 31 mai 2017 Référence Passerelle Hamoir ndc hypothèses de charge.docx Nos réf: Passerelle Hamoir ndc hypothèses de charge.docx Concerne: Note de calcul des hypothèses de charge de la passerelle d Hamoir. Madame Taquet, Vous trouverez ci-après la note de calcul demandée pour le dossier sous rubrique. Restant à votre disposition pour toute question ou remarque, veuillez recevoir, Madame Taquet, l'expression de nos salutations distinguées. F. Debarsy, ing 1

2 1. Mission confiée Etablir une note de calcul reprenant les hypothèses des matériaux utilisés et des sollicitations dans le but de dimensionner la passerelle d Hamoir. 2. Documents de référence Eurocode 0 : Bases de calcul des structures Eurocode 1 partie 1-1 : Actions sur les structures, Chargement Eurocode 1 partie 1-4 : Actions sur les structures, Actions du vent Eurocode 1 partie 1-5 : Actions sur les structures, Actions thermiques Eurocode 1 partie 2 : Actions sur les ponts, dues au trafic Eurocode 2 partie 1 : Calcul des structures en béton Eurocode 3 partie 1 : Calcul des structures en acier Eurocode 3 partie 1-8 : Calcul des structures en acier, Calcul des assemblages Eurocode 3 partie 1-10 : Calcul des structures en acier, Choix des qualités d acier Eurocode 3 partie 2 : Calcul des structures en acier, Ponts en acier Sétra : Eurocodes 0 et 1 : Application aux ponts-routes et passerelles Sétra : Eurocodes : Passerelles piétonnes : comportement vibratoire sous l action des piétons 3. Présentation de l ouvrage La passerelle est une poutre treillis métallique isostatique de 32m de long pour une largeur de 3m reposant sur 2 lignes d appuis. Ses poutres principales sont appelées membrures supérieures et membrures inférieures. Deux rampes métalliques, une sur chaque rive, permettent d accéder à la passerelle. La rampe en rive gauche, d une longueur de 22.5m est une structure hyperstatique reposant sur trois lignes appuis, tandis que celle en rive droite, d une longueur de 30m repose sur 4 lignes d appuis ; elle est également hyperstatique. Les poutres principales des rampes sont également appelées membrure. Les rampes métalliques sont accessibles par des voies bétonnées et un escalier en béton. Les piles et les culées sont en béton. Le platelage repose sur un jeu d entretoises, elles même déposées sur les entretoises reliant les membrures. 2

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6 Le schéma statique des appuis se trouve sur la figure suivante : 4. Hypothèses de calcul Durabilité du projet Catégorie d utilisation de l ouvrage : 5 Durée d utilisation : 100 ans 6

7 Données relatives à l environnement Classe d exécution de l ouvrage Classe de conséquence : CC2 Catégorie de service : SC1 Catégorie de production : PC2 Classe d exécution : EXC3 Classe de corrosivité : C Classes d exposition des bétons Les faces extérieures des culées n étant pas recouvertes d une couche d étanchéité, les classes d exposition sont XC4, XD3, XF3 classe structurale S5. Portance du sol La portance estimée pour le calcul des socles de fondation ponctuels et pour les radiers est de 1kg/cm². La portance estimée pour le calcul des micropieux est de 150kN en traction et en compression Densités Caractéristiques des matériaux Acier : 78.5kN/m³ Béton armé : 25kN/m³ Caractéristiques Choix du type d acier Ténacité à la rupture de la charpente : Ted = -23 C σed = 0.75fy(t) S235 : ep max : 20mm qualité JR Arrachement lamellaire Tôles de qualité Z15 pour les membrures inférieures et supérieures des poutres treillis et pour les poutres principales des rampes Pas de qualité Z requises pour les autres éléments métalliques Acier charpente S235 JR Norme EN EN 1090 E = MPa fy = 235 N/mm² pour t <=16mm fy = 225 N/mm² pour 16< t <=40mm fu = 360 N/mm² pour 3mm< t <=100mm Laminage à chaud 7

8 Acier armatures BE 500S Béton dalles et voiles C35/45 BA EE4 WAI (0.45) Ciment LA enrobage nominal 40mm Béton culées, piles et fondations C30/37 BA EE4 WAI (0.50) Ciment LA/LH enrobage nominal : 75mm en face en contact avec le sol 65mm en face sur béton de propreté 40mm en face non en contact avec le sol Coefficient des matériaux Acier : ELU résistance : γm = 1.0 ELU stabilité : γm = 1.1 Béton : ELU : γm = 1.5 Armatures passives : ELU : γm = 1.15 Chargement Charges permanentes Platelage (IPN100 comprises) : 1kN/m² Gardes- corps: 1kN/m Charges variables verticales Charge de foule Une charge uniformément répartie est appliquée sur le platelage des rampes et de la passerelle. Cette charge est déterminée à l aide de la formule suivante : qfk = /(32+30) = 3.9kN/m² (en considérant la longueur de la passerelle comme longueur de chargement). Une charge concentrée Qfwk = 10kN agissant sur une surface de 10cm de côté est appliquée sur le platelage afin d effectuer son dimensionnement (effets locaux) Charges variables horizontales La force horizontale à prendre en compte, agissant le long de l axe du tablier, est déterminée en prenant 10% de la charge uniformément répartie : 8

9 Qflk=0.1*3.9kN/m²*32m*2.7m = 34kN pour la passerelle Qflk=0.1*3.9kN/m²*30m*2.7m = 32kN pour la rampe rive droite Qflk=0.1*3.9kN/m²*20m*2.7m = 22kN pour la rampe rive gauche Charges variables sur les garde-corps Une force linéaire variable de 1kN/m est appliquée horizontalement et verticalement en tête du garde-corps Actions variables pour les situations de projets accidentelles Force d impact contre le tablier des véhicules sous le pont Néant Charges variables de vent Valeurs caractéristiques Période de référence : 50 ans Valeur de référence du vent Vb,0 = 24m/s Vitesse de référence du vent : vb = 24m/s (Cdir = Cseason = Cprob = 1) Hauteur de référence : ze = 8m Catégorie de terrain : II Pression dynamique de pointe : qp = 0.8kN/m² Forces dans la direction de x Coefficient de force : Cfx = 1,3 Vent sur les membrures supérieures de la passerelle : Force du vent : Fw = 0.8kN/m²*1,30*0.3m = 0.32kN/m Vent sur les diagonales de la passerelle : Force du vent : Fw = 0.8kN/m²*1,30*0.15m = 0.16kN/m Vent sur les membrures des rampes et sur les membrures inférieures de la passerelle (gardecorps ajouré de chaque côté de la passerelle et des rampes) : Force du vent : Fw = 0.8kN/m²*1,30*( )m = 0.94kN/m Forces dans la direction de Z Coefficient de force : Cfx = 0.8 Vent verticale sur le platelage : Force du vent : Fw = 0.8kN/m²*0.8 = 0.64kN/m ² 9

10 4.5.7 Charge variable de neige Néant Charge variable de température Coefficient linéaire de dilatation thermique = 12*10^(-6) C^(-1) Composante de température uniforme Cette composante de température est appliquée sur l entièreté des rampes et de la passerelle. Elle représente la contraction ou la dilatation totale de l ouvrage lorsqu il est soumis à une variation de température. ΔT1 = +30 C (dilatation) et -30 C (contraction) T0 = 10 C Déplacements aux appareils d appui et aux joints de dilatation : +/- 35 C Remarque : ces valeurs sont tirées de la NBN B Différence de température entre deux éléments distincts Une différence de température de 25 C est appliquée entre les éléments inférieurs et supérieurs de la passerelle. Remarque : cette valeur est tirée de la NBN B Charge dynamique des piétons Classe de la passerelle : Verticale et horizontale : classe III (passerelle normalement utilisée, pouvant parfois être traversée par des groupes important mais sans jamais être chargée sur toute sa surface. Niveau de confort : moyen : les accélérations subies par la structure sont simplement perceptibles par les usagers. Deux hypothèses de chargement sont considérées pour le calcul des fréquences propre : Passerelle et rampes non chargées (calcul des fréquences propres uniquement sous pp + P) Passerelle et rampes chargées à raison de 0.7kN/m² (calcul des fréquences propres uniquement sous pp + P+0.7kN/m²) Selon l Eurocode, il n y a pas lieu de réaliser de vérification au regard des critères de confort si la fréquence fondamentale du tablier est supérieure à : Pour les vibrations verticale : 5 Hz Pour les vibrations horizontales et de torsion : 2.5 Hz Selon le Setra, il faut distinguer 4 plages de fréquences, correspondant à un risque décroissant de mise en résonnance : Plage 1 : risque maximal de mise en résonnance Plage 2 : risque moyen de mise en résonnance Plage 3 : risque faible de mise en résonnance Plage 4 : risque négligeable de mise en résonnance 10

11 Selon la classe de la passerelle (III) et la plage de fréquence obtenue, un calcul des accélérations est requis ou non (plage 1 : calcul requis. Plage 2 et 3 : calcul non requis) : 5. Méthode d analyse globale Généralités L analyse effectuée est une analyse linéaire élastique Les effets de la géométrie déformée n interviennent pas. Nous réalisons donc une analyse au premier ordre 6. Combinaisons Etats limites ultimes (ELU) 11

12 Durable et transitoire : Etats limites de service (ELS) Combinaison caractéristique (rare) : Combinsaison fréquente : Combinaison quasi permanente : Coefficients de sécurité ELU coefficient Dénomination défavorable favorable γg Actions permanents γq1 Actions de la foule γq2 Autres actions variables Coefficients de combinaison Charges ψ0 ψ1 ψ2 Foule Vent Température Il n y a pas lieu de considérer simultanément les actions du vent et les actions thermiques 7. Critères de vérification Charpente métallique Vérification aux états limites de service La flèche sous charge variable ne doit pas être supérieure à L/200. Une contre flèche sous charge de poidspropre et permanentes est à prévoir 12

13 7.1.2 Vérification aux états limites ultimes La vérification des critères de résistance et de stabilité des éléments est réalisée selon l EN Béton armé Vérification aux états limites de service Vérification des contraintes sous combinaison rare : La contrainte de compression dans le béton doit être inférieure ou égale à 0.5 fck La contrainte de traction dans les armatures passives doit être inférieure à 0.8fyk Vérification de l ouverture des fissures : L ouverture des fissures sous combinaison de charges quasi permanentes doit être au maximum de 0.3mm Sous combinaison de charges quasi permanentes, on peut considérer que la limite de 0.3mm n est pas atteinte si les critères définis dans les tableaux suivants sont vérifiés simultanément : Vérification aux états limites ultimes Vérification des contraintes : σc<0.85*fck/γm pour le béton σs<fyk/ γm pour les armatures passives 13