LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPC Sciences et...
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NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009
LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil
JOURNÉESTECHNIQUES ROUTES
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TECHNIQUES ROUTES
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Dimensionnement des voies de tramway
DIMENSIONNEMENT DES VOIESDE TRAMWAY
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Dimensionnement des voies de tramway
PLAN
Diversité des structures Tramway sur railsSpécificités influençant le choix du modèleModèle de dimensionnement proposéConclusions
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Dimensionnement des voies de tramway
Paris
Solution moderne de transport urbain, les tramways de nouvelle génération sont aujourd'hui présents ou en projet dans la majorité des grandes agglomérations françaises.
De nombreux projets de création ou d’extension de réseaux existants
Source: RATP
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Dimensionnement des voies de tramway
– Optimisation des épaisseurs Gains sur les volumes de matériaux : déconstruction des structures en place – évacuation des déblais, matériaux utilisés pour la construction de la nouvelle voie…Gains sur les déviations des divers réseau enterrés.
– Favoriser la conception de nouvelles structures et l’emploi de nouveaux matériaux, dans la logique du DD.
Dimensionnement des structures pour voie tramways, enjeux:
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Diversité des structures pour tramways sur rails
Nantes Nantes
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Dimensionnement des voies de tramway
Pose des traverses sur fondation en béton maigre B25
La structure standard tout-béton avec traverses bi-bloc
Réglage X, Y, Z de la voie (tirefonds)
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Dimensionnement des voies de tramway
La structure standard tout-béton avec traverses bi-bloc
Béton de blocage B35
Diverses solutions derevêtement, modulaire ou non
Le Mans
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Dimensionnement des voies de tramway
18cm
23cm
19cm8
60cm
(PF2-50MPa)(B15)
(B35)
Coupe type Nantes – Traverses bi-bloc bétonnées
Variantes:- Montpellier et Toulouse: béton type A remplacé par Béton compacté routier- Strasbourg (voie de dépôt): béton type A remplacé par EME2 9 cm
Coupe type, Sémitan - Nantes
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Dalle flottante anti-vibratile Nantes – pose classique
Sylomer ép= 28 mm
Coupe type, Sémitan - Nantes
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Dalle flottante anti-vibratile Nantes – pose sur plots
Plot anti-vibratile
Coupe type, Sémitan - Nantes
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Pose continue asphalte sur grave-bitume - Nantes
Coupe type, Sémitan - Nantes
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Pose continue asphalt sur grave-bitume (pose «Dortmund»)
Dusseldorf
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Pose discontinue sur selles
Axe
voie
Coupe type – dessin ALSTOM
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Pose discontinue sur selles
ALSTOM :machine Slipform à coffrage glissant avec pose automatisée des selles support de rail dans le béton frais
La Rochelle, Jérusalem, Alger, Reims …
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Dimensionnement des voies de tramway
Pose continue: exemple CDM Préfarail
1- Rail Ri60N2- Foundation concrete layer B153- Rail fixing concrete B30/354- Finishing layers5- PREFARAIL jacket – Material CDM-496- Resilient mat type DFMA-L13/RR7- Element of GSG lost in concrete8- Tarmac9- Pavement
Variante: rail scellé dans poutre préfabriquée
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Pose continue: machine à coffrage glissant pour le coulage de la dalle de voie
Système Corklast, …
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Dimensionnement des voies de tramway
Carrefour : dalles préfabriquées
RATP, Tramway TMS
Accélérer les délais de remise en service de la voirie urbaine
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Dimensionnement des voies de tramway
Autres types de voie tramwayNombreuses alternatives à la voie tout-béton sur traverses bi-bloc, en France et en Europe. Par exemple:
Pose sur longrines béton armé/grave-ciment: RATP ligne T1 Saint-Denis-SarcellesPose sur ballast: Nantes ligne 1…
Nota:Voie en béton non armé: souvent considérée à l’étranger comme une spécificité française. Incompatible avec les réglementations en usage dans divers pays, non envisagée par l’EUROCODE 2 «Calcul des structures en béton»
Ferraillage de la dalles de voie exigée dans différents projets réalisés àl’étranger par les constructeurs français.
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A signaler :
Documentation CERTU:Plates-formes de Tramway – Pathologie et Conception, CERTU et LROP
Tome 1Matériaux modulaires (2004)
Tome 2Matériaux non modulaires (à paraitre)
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Spécificités des structures Tramway (1/2)
– Structures très diversifiées, à comportement 3D discontinu
– De nombreuses singularités : massifs LAC, regards, multitubulaires, carrefours avec voirie urbaine …
Succession de « petits chantier » : techniques à haut rendement de construction routière en rase campagne non directement applicables: par ex. traitement en place des sols, emploi du BCR …
Deux niveaux de qualité des matériaux pour assises, cf. Guides CERTU et logiciel StructUrb :
Qualité Q1, conforme à la normalisationQualité Q2 : conditions de réalisation «dégradées», en raison de phasages travaux compliqués, exiguïté des chantiers, diverses contraintes urbaines ... abattement :
– 10% sur les modules de rigidité,– 10 à 15% sur les paramètres de fatigue
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Exemple de singularités et émergences
Massif béton LAC
Multitubulaire
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Dimensionnement des voies de tramway
Spécificités des structures Tramway (2/2)
- Application des charges roulantes par l’intermédiaire des rails Canalisation totale du trafic,Distances au bord longitudinaux réduites,Pas ou peu de rotations de contraintes en pose discontinue,Pas de circulation sur les joints transversaux entre dallesEffets thermiques réduits en raison de l’épaisseur des revêtementsCoefficients de discontinuité Kd routier non directement utilisablesEffets dynamiques spécifiques au matériel roulant
- Configurations des charges relativement bien connues (géométrie, poids) pas de recours au CAM (coefficient d’agressivité moyenne) intégration explicite des histogrammes de chargement.
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Histogrammes de chargement pour le dimensionnement: exemple
Données RATP
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Données RATP
Histogrammes de chargement pour le dimensionnement: exemple
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Dimensionnement des voies de tramway
Données thermiques pour le dimensionnement
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Gradient Téta (°C/cm)%
Tra
fic
-5 5 15 25 3545 55
Températures (°C)
Prof
onde
urr(
m)
Revêtement bitumineux 18cm
Béton de calage23 cm
Béton de fondation 19 cm
Histogramme de gradients thermiques verticaux dans le béton de calage
Base de données expérimentales:ex. Manège de fatigue – 12 mois de mesures θ sur structure Enrobés/béton Chargement en contraintes initiales
pour le modèle EF-3D
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Définition du modèle EF-3D : pose bi-bloc
Grenoble ligne 1: Démontage du revêtement à 23 années
Modèle EF-3D : hypothèse de fissuration transversale du béton de calage.
Apport des observations sur structures réelles pour la mise au point du modèle
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Définition du modèle EF-3D : pose discontinue sur selles
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Modèle de dimensionnement:transposition du modèle rationnel routier LCPC-SETRA
- Calcul mécanique des sollicitations dans les bétons:MEF-3D intégrant interface avec contact unilatéral. LogicielsCésar-LCPC, ANSYS, CASTEM, ABAQUS …
- Valeurs admissibles (fatigue) : modèle routier LCPC-SETRA (effets de discontinuité reproduits par le modèle EF-3D Kd=1)
- Prise en compte explicite des histogrammes de charges sur essieux (loi d’additivité de Miner)
- Chargements : bogie 2 essieux + Poids propre + Thermique- Correction pour canalisation du trafic (Miner)- Coefficient de majoration dynamique (1.30 à 1.50); Cf . Mesures
CTS-SEMALY-LR Strasbourg et préconisations SCNCF
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Utilisation actuelle du modèle EF-3D couplé àla démarche rationnelle LCPC-SETRA
- LCPC- Maitrises d’œuvre et Engineering : Egis-Rail, Ratp, Setec, Simecsol …- Entreprises (Colas, Colas-Rail, Eurovia, …): France et étranger- Industriels constructeurs de matériels roulants: Alstom, Bombarbier …- Industriel constructeur d’équipements ferroviaires Tramway: Vossloh …- Universités : Grenoble, Lille, EC-Nantes- Bureau de contrôle étranger : Grouchko (Tramway de Jérusalem), …
Nota: Enumération non exhaustiveCodes EF-3D généraux (non dédiés) :
Abaqus, Ansys, Castem, César-LCPC, Systus …
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Quelques vues du modèle César-LCPC
Exemple de maillage: pose discontinue sur selles
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Quelques vues du modèle César-LCPC
Exemple de maillage: pose discontinue sur selles
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Quelques vues du modèle César-LCPC
Déformée du rail
50kN/roue50kN/roue
Déformée dalle de voie B35 et béton de fondation B15
Déformée de la structure sous chargement par bogie 2 essieux(200 kN) + gradients thermiques dans la dalle de voie (+0.35°C/cm)
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Quelques vues du modèle César-LCPC
Déformée de la structure sous chargement par bogie 2 essieux(200 kN) + gradients thermiques dans la dalle de voie (-0.35°C/cm)
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Conclusions– Rationalisation de la démarche de Dimensionnement des structures Tramways:
Apports reconnus par les différents acteurs du domaine,Permettant l’optimisation de ces structures et porteuse d’innovations.
– Besoin en données expérimentales et retours d’expérience:Suivi des ouvrage en service, instrumentation des structures: renforcer la présence du RST (cf. Nantes, Grenoble: 25 années de recul mais données expérimentales rarissimes). Ces données sont indispensables au calage du modèle rationnel. Mieux évaluer les effets dynamiques véhicule – voie.Evaluer des solutions innovantes potentiellement économiques Apport potentiel des essais sous trafic accéléré: cf. Manège de fatigue et dalle d’essais du LCPC.