Cours de Projet de Pont Actions du vent. cours de projet de pont - actions 1

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1 Cours de Projet de Pont Actions du vent cours de projet de pont - actions 1

2 NF EN Eurocode 1 Actions sur les structures Partie 1-4 : Actions du vent cours de projet de pont - actions 2

3 SOMMAIRE Avant-propos Section 1 Généralités Section 2 Situations de calcul Section 3 Modélisation des actions du vent Section 4 Vitesse et pression aérodynamique Section 5 Actions du vent Section 6 Coefficient structural c s c d Section 7 Coefficients de pression et de force Section 8 Actions du vent sur les ponts Annexe A (I) Effets du terrain Annexe B (I) Procédure 1 de détermination du coefficient structural c s c d Annexe C (I) Procédure 2 de détermination du coefficient structural c s c d Annexe D (I) Valeurs c s c d pour les différents types de structures Annexe E (I) - Détachedment tourbillonnaire et instabilités aéroélastiques Annexe F (I) - Caractéristiques dynamiques des structures cours de projet de pont - actions 3

4 Vent et pression dynamique q b 1 2 v 2 b 1 2 ( c dir. c season. v b,0 ) 2 Réduction pour direction de vent peu fréquente Réduction pour construction temporaire Vitesse de base v b,0 Vitesse moyenne, à 10 m au dessus du sol, en rase campagne ; période de retour 50 ans Carte nationale cours de projet de pont - actions 4

5 Carte de la valeur de base de la vitesse de référence en France métropolitaine cours de projet de pont - actions 5

6 Le vent est caractérisé par une partie dite de vent moyen et d une partie fluctuante Dite vent turbulent: V(t)= Vm + Vt(t) L EC utilise des bases de données d essai pour réduire cette écriture à une formulation condensée V(t) max= Vm multiplié par un coefficient intégrant l exposition (fonction de la hauteur) Ainsi l écriture réelle dans la quelle apparaissent les coefficients aérodynamiques (trainée, portance) est condensée sous une forme voisine: Fw x =1/2 ρ vb² c Aref,x où c= c e c f,x et si on revient à l écriture conventionnelle de la pression dynamique (vm + vent turbulent) qp= Fw x /Aref,x = ½ ρ Cx Um²+ ½ ρ C (ut²+ 2 ut Um) Les effets de turbulence dépendent de l échelle de l ouvrage dans le site. L approche de l EC est statistiquement valable car il fournit une approche probable mais qui ne donne pas forcément des résultats correspondant à l effet maximal. Des annexes permettent la prise en compte de phénomènes pouvant apparaître: galop(couplage flexion torsion), tourbillon de Karman (alternance de pression et dépression latérales).. Des essais peuvent donc être nécessaires afin de vérifier certains comportements de la structure: non linéarité éventuelle, problème de stabilité de forme. cours de projet de pont - actions 6

7 De la vitesse moyenne de base à la pression de pointe à la cote z Vitesse moyenne de référence (10m) Sol de cat II v b q p Pression de pointe à la cote z 1 2 ( z) ce( z) vm( z) 2 Vitesse moyenne à la cote z v ( z) c ( z) v m r b Coefficient d exposition 2 7k lkr ce( z) cr ( z) 1 cr ( z) k l = Coefficient de turbulence (=1,0) Paramètre de rugosité z 0 Coefficient de rugosité cr ( z) krln z z z z 0 k r z 0,19 z cours de projet de pont - actions 7 min z max 0 0, II 0,07

8 Catégories de rugosité de terrains (EN , Annexe A) Catégorie 0 : Mer, côte en bordure de mer ouverte Catégorie I : Bord de lacs, zones sans obstacles avec une végétation négligeable Catégorie II : Zones avec une végétation basse et des obstacles isolés (arbres, bâtiments) espacés d au moins Catégorie 50 fois III : leur Zones hauteur avec un couvert régulier de végétation ou de bâtiments ou d obstacles isolés espacés d au plus 20 fois leur hauteur (villages, Catégorie forêt IV : permanente) Zones dont au moins 15% de la surface est construite, avec des bâtiments dont la hauteur moyenne dépasse 15 mètres cours de projet de pont - actions 8

9 Rugosité 0 (mer) et IV (ville) Rugosité IIIa (campagne avec haies) Rugosité II (aéroport) Rugosité IIIb (bocage dense) Rugosité II (rase campagne) Rugosité IIIb (zone industrielle) cours de projet de pont - actions 9

10 Rugosité IV (forêt) Rugosité IV (ville - b) Rugosité IV (ville - a) cours de projet de pont - actions 10

11 Annexe nationale cours de projet de pont - actions 11

12 Catégorie z 0 (m) z min (m) de terrain 0 0,003 1 I 0,01 1 II 0,05 2 III 0,3 5 IV 1,0 10 z max = 200 m cours de projet de pont - actions 12

13 catégories de terrain 100 IV III II I z en mètres hauteur au-dessus du sol c e (z) coefficient d exposition (sans effet d orographie) cours de projet de pont - actions 13

14 Annexe nationale cours de projet de pont - actions 14

15 Actions du vent turbulent Pressions aérodynamiques sur les parois w q ( z ). c e p e pe et w q ( z ). c i p i pi qp=ce(z)qb Pression extérieure Pression dynamique de pointe (à la cote de référence z e Coefficient de pression ou de force (Chap. 7 et 8) Pression intérieure Aire de référence F q w p ( ze). c f. Aref.( cscd ) Coefficien t structural Forces aérodynamiques cours de projet de pont - actions 15

16 Pression dynamique de base q p v b 1,25 kg / m 3 Pression dynamique de pointe à la cote z q p 1 2 ( z) ce ( z) v m ( z) 2 Forces aérodynamiques c e c e (z) coefficient d exposition 2 7k l kr ( z) cr ( z) 1 cr ( z) F µa µ c q ( z w, x ref, x s d f, x p e c c ) Aire de référence Coefficient structural Coefficient de force cours de projet de pont - actions 16

17 Champ d application pour les ponts Ponts dont la portée déterminante est inférieure à 200 m (sous réserve de stabilité aérodynamique) Tabliers uniques de hauteur constante et de section «classique» Ne sont pas (totalement ou partiellement) couverts : les vibrations de torsion, les vibrations des tabliers dues à la turbulence transversale du vent les ponts à câbles, les ponts en arc, les ponts avec toiture, les ponts mobiles, etc. les vibrations excitant d autres modes que le mode fondamental. cours de projet de pont - actions 17

18 Exemples de sections couvertes par l Eurocode cours de projet de pont - actions 18

19 Actions du vent 1. Actions directes du vent turbulent : (vent de référence) pressions et forces aérodynamiques de «pointe» : traitées par l EN effets dynamiques (excitation des modes propres) : traités à l annexe E informative, pour le mode fondamental parallèle au vent 2. Effets des tourbillons alternés : (vitesse critique) traités à l annexe E informative (E.1) 3. Effets des forces aéroélastiques : (vitesse critique) traités à l annexe E informative (E.2 pour le «galop» classique, E.3 pour le galop d interférence, E.4 pour la divergence et le flottement) cours de projet de pont - actions 19

20 Simplifications recommandées dans le cas des ponts Référentiel du tablier Altitude de référence cours de projet de pont - actions 20

21 Hauteurs à prendre en compte pour A ref,x Dispositif de retenue Sur un côté Sur deux côtés Garde-corps ajouré ou d + 0,3 m d + 0,6 m barrière de sécurité ajourée Garde-corps plein ou d + d 1 d + 2d 1 barrière de sécurité pleine Garde-corps ajouré et barrière de sécurité ajourée d + 0,6 m d + 1,2 m cours de projet de pont - actions 21

22 Dans les cas courants c dir c saison = c 0 (z) = 1 F Wk, x µ x Aref, x 1 µ x c f xce( ze ) v 2 ( z 2, m e ) c f, x 1,30 ou cours de projet de pont - actions 22

23 Méthode simplifiée b/d 1 tot z e 20 m z e = 50 m 2 0,5 5,7 7,1 2 F Wx vbcaref, x Valeurs de C 4,0 3,1 3,8 La méthode simplifiée correspond aux hypothèses suivantes : Terrain de catégorie 2 * c f,x calculé selon graphique * c 0 = 1 (coefficient d orographie) * k I = 1 (facteur de turbulence) Interpolation admise pour valeurs intermédiaires cours de projet de pont - actions 23

24 F Wk, y kfwk, x k 0,2 ( voiles) ou 0,5 ( treillis) F Wk, z µ z Aref, z 1 µ z c f zce( ze ) v 2 ( z 2, m e ) Valeurs recommandées : C f,z = ± 0,9 cours de projet de pont - actions 24