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NANTES – 3 et 4 FEVRIER 2009

LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil

JOURNÉESTECHNIQUES ROUTES


LES PLÉNIÈRES 2009 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil JOURNÉES

TECHNIQUES ROUTES

J.-M. Balay, LCPC Page 2/36

Dimensionnement des voies de tramway

DIMENSIONNEMENT DES VOIESDE TRAMWAY

J.-M. Balay, LCPC



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PLAN

Diversité des structures Tramway sur railsSpécificités influençant le choix du modèleModèle de dimensionnement proposéConclusions



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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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– 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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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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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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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




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Dalle flottante anti-vibratile Nantes – pose sur plots

Plot anti-vibratile




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Pose continue asphalte sur grave-bitume - 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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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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Carrefour : dalles préfabriquées

RATP, Tramway TMS

Accélérer les délais de remise en service de la voirie urbaine



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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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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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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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Exemple de maillage: pose discontinue sur selles



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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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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.



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Remerciements:- Alstom- Certu- Egis-Rail- Eurovia- Inrets- Ratp- Semitan

Nantes Nantes

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