THÈSE NO 1964 (1999)
ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE
PRÉSENTÉE AU DÉPARTEMENT DE GÉNIE CIVIL
POUR L’OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES TECHNIQUES
PAR
Ingénieur civil diplômé EPF
de nationalité suisse et originaire de Movelier (JU)
acceptée sur proposition du jury:
Prof. E. Brühwiler, directeur de thèse
Prof. M. Badoux, rapporteur
Dr S.F. Bailey, rapporteur
Dr R. Cantieni, rapporteur
Prof. M. Fafard, rapporteur
Prof. F. Frey, rapporteur
COMPORTEMENT DYNAMIQUE DES DALLES
DE ROULEMENT DES PONTS EN BÉTON SOLLICITÉS
PAR LE TRAFIC ROUTIER
Claude BROQUET
EPFL Thèse N
Table des matières
Summary …………………………………………………………………………………………………………….
Version abrégée……………………………………………………………………………………………………
Préface ………………………………………………………………………………………………………………..
Remerciements…………………………………………………………………………………………………….
Notations……………………………………………………………………………………………………………..
1 Introduction…………………………………………………………………………………………………..
1.1 Ingénierie en ouvrages d’art………………………………………………………………………..
1.2 Actions sur les ponts………………………………………………………………………………….
1.2.1 Généralités …………………………………………………………………………………….
1.2.2 Trafic routier ………………………………………………………………………………….
1.3 Dimensionnement et évaluation des ponts ……………………………………………………
1.4 Motivations et bénéfices…………………………………………………………………………….
1.4.1 Importance du facteur d’amplification dynamique……………………………….
1.4.2 Exemples d’évaluation de ponts ………………………………………………………..
1.5 Objectifs de la recherche ……………………………………………………………………………
1.6 Démarche…………………………………………………………………………………………………
1.6.1 Description …………………………………………………………………………………….
1.6.2 Justifications…………………………………………………………………………………..
2 État des connaissances……………………………………………………………………………………
2.1 Introduction ……………………………………………………………………………………………..
2.2 Nature des vibrations générées sur les ponts par les véhicules ………………………..
2.2.1 Explication du phénomène……………………………………………………………….
2.2.2 Les ponts ……………………………………………………………………………………….
2.2.3 Le profil de la chaussée……………………………………………………………………
2.2.4 Les véhicules………………………………………………………………………………….
2.2.5 Interaction des éléments contribuant au phénomène ……………………………
2.3 Définitions du facteur d’amplification dynamique …………………………………………
2.4 Normes et codes de dimensionnement …………………………………………………………
2.4.1 Généralités …………………………………………………………………………………….
2.4.2 En Suisse……………………………………………………………………………………….
2.4.3 En Europe………………………………………………………………………………………
2.4.4 Au Canada……………………………………………………………………………………..
2.4.5 Aux États-Unis……………………………………………………………………………….
2.4.6 Au Japon ……………………………………………………………………………………….
2.5 Études numériques ……………………………………………………………………………………
2.5.1 Généralités …………………………………………………………………………………….
2.5.2 Modèles de pont ……………………………………………………………………………..
2.5.3 Modèle du profil de la chaussée………………………………………………………..
2.5.4 Modèles de véhicule………………………………………………………………………..
2.5.5 Résolution du système dynamique…………………………………………………….
2.6 Études expérimentales……………………………………………………………………………….
2.6.1 Généralités …………………………………………………………………………………….
2.6.2 Tests avec véhicules d’essai ………………………………………………………
2.7 Influence des paramètres sur les facteurs d’amplification dynamique……….
2.8 Remarques finales ……………………………………………………………………………..
2.8.1 Bilan ………………………………………………………………………………………
2.8.2 Conclusion ……………………………………………………………………………..
3 Ponts en béton en Suisse ………………………………………………………………………….
3.1 Introduction ………………………………………………………………………………………
3.2 Caractéristiques des ponts autoroutiers suisses ………………………………………
3.2.1 Généralités ……………………………………………………………………………..
3.2.2 Le système statique ………………………………………………………………….
3.2.3 La portée et l’élancement des poutres principales…………………………
3.2.4 Le type de sections transversales ……………………………………………….
3.2.5 La largeur du tablier…………………………………………………………………
3.2.6 Le nombre et la position des poutres principales………………………….
3.2.7 L’épaisseur des dalles……………………………………………………………….
3.2.8 Les entretoises et les éléments secondaires………………………………….
3.2.9 Remarques pour la conception des ponts représentatifs ………………..
3.3 Description des ponts représentatifs……………………………………………………..
3.3.1 Généralités ……………………………………………………………………………..
3.3.2 Pont C1…………………………………………………………………………………..
3.3.3 Pont C1P ………………………………………………………………………………..
3.3.4 Pont C2…………………………………………………………………………………..
3.3.5 Pont P1 …………………………………………………………………………………..
3.3.6 Pont P2 …………………………………………………………………………………..
3.3.7 Pont D1 ………………………………………………………………………………….
3.4 Profil de la chaussée …………………………………………………………………………..
3.4.1 Généralités ……………………………………………………………………………..
3.4.2 Critères pour caractériser le profil de la chaussée…………………………
3.4.3 Niveau de qualité de la planéité et valeurs limites………………………..
3.4.4 Profils des ponts représentatifs ………………………………………………….
3.5 Remarques finales ……………………………………………………………………………..
4 Trafic sur les routes suisses……………………………………………………………………..
4.1 Introduction ………………………………………………………………………………………
4.2 Caractéristiques du trafic des poids lourds en Suisse………………………………
4.2.1 Composition du trafic……………………………………………………………….
4.2.2 Agressivité du trafic des poids lourds…………………………………………
4.2.3 Remarques………………………………………………………………………………
4.3 Description des propriétés des camions représentatifs…………………………….
4.3.1 Géométrie, masse …………………………………………………………………….
4.3.2 Les suspensions……………………………………………………………………….
4.3.3 Les pneus………………………………………………………………………………..
4.4 Remarques finales ……………………………………………………………………………..
5 Modélisations numériques……………………………………………………………………….
5.1 Introduction ………………………………………………………………………………………
5.2 Logiciel d’éléments finis “CLEF”…………………………………………………………
5.2.1 Généralités ……………………………………………………………………………..
5.2.2 Méthode de résolution du système dynamique …………………………….
5.2.3 Algorithme de résolution ………………………………………………………….
5.3 Ponts représentatifs…………………………………………………………………………….
EPFL T
5.3.1 Modèles………………………………………………………………………………….
5.3.2 Caractéristiques dynamiques……………………………………………………..
5.3.3 Grandeurs analysées…………………………………………………………………
5.4 Profils de chaussée …………………………………………………………………………….
5.4.1 Modèle …………………………………………………………………………………..
5.4.2 Profils…………………………………………………………………………………….
5.5 Véhicules représentatifs ……………………………………………………………………..
5.5.1 Modèle …………………………………………………………………………………..
5.5.2 Caractéristiques dynamiques……………………………………………………..
5.5.3 Grandeurs analysées…………………………………………………………………
5.6 Étude paramétrique…………………………………………………………………………….
5.6.1 Réponses statiques …………………………………………………………………..
5.6.2 Réponses dynamiques ………………………………………………………………
5.6.3 Ampleur de l’étude …………………………………………………………………..
5.7 Précision des résultats des simulations………………………………………………….
5.7.1 Influence de la taille du maillage ……………………………………………….
5.7.2 Tests comparatifs avec des modèles partiels du pont C1……………….
5.7.3 Conclusions…………………………………………………………………………….
5.8 Remarques finales ……………………………………………………………………………..
6 Analyse des réponses dynamiques……………………………………………………………
6.1 Introduction ………………………………………………………………………………………
6.2 Définition des facteurs d’amplification dynamique…………………………………
6.3 Analyse des réponses dynamiques du pont C1 ………………………………………
6.3.1 Généralités ……………………………………………………………………………..
6.3.2 Caractéristiques des réponses du pont ………………………………………..
6.3.3 Facteurs d’amplification dynamique …………………………………………..
6.3.4 FAD – Influence de la vitesse des véhicules ………………………………..
6.3.5 FAD – Influence du profil de la chaussée ……………………………………
6.3.6 FAD – Influence du type de véhicule ………………………………………….
6.3.7 FAD – Influence de la masse d’un véhicule………………………………….
6.3.8 Forces appliquées par le camion ………………………………………………..
6.3.9 Remarques………………………………………………………………………………
6.4 Analyse des réponses dynamiques des autres ponts-poutre ……………………..
6.4.1 Pont C1P ………………………………………………………………………………..
6.4.2 Pont C2…………………………………………………………………………………..
6.4.3 Pont P1 …………………………………………………………………………………..
6.4.4 Pont P2 …………………………………………………………………………………..
6.5 Analyse des réponses dynamiques du pont-cadre …………………………………..
6.5.1 Généralités ……………………………………………………………………………..
6.5.2 Caractéristiques des réponses du pont-cadre ……………………………….
6.5.3 Facteurs d’amplification dynamique …………………………………………..
6.5.4 FAD – Influence de la vitesse des véhicules ………………………………..
6.5.5 FAD – Influence de la rugosité du profil……………………………………..
6.5.6 FAD – Influence du type de véhicule ………………………………………….
6.5.7 Remarques………………………………………………………………………………
6.6 Réponses dynamiques des dalles de roulement………………………………………
6.6.1 Sensibilité des dalles de roulement …………………………………………….
6.6.2 Influence des paramètres principaux sur les réponses dynamiques…
6.7 Remarques finales ……………………………………………………………………………..
7 Analyses particulières………………………………………………………………………………
7.1 Introduction ……………………………………………………………………………………….
7.2 Effet des non-linéarités matérielles sur les FAD……………………………………..
7.2.1 Généralités ………………………………………………………………………………
7.2.2 Démarche ………………………………………………………………………………..
7.2.3 Modèle en deux dimensions……………………………………………………….
7.2.4 Résultats des simulations …………………………………………………………..
7.2.5 Caractéristiques dynamiques………………………………………………………
7.2.6 Discussion ……………………………………………………………………………….
7.3 Modèles proposés pour le camion à trois essieux ……………………………………
7.3.1 Généralités ………………………………………………………………………………
7.3.2 Systèmes de suspensions et de liaisons des essieux tandem……………
7.3.3 Conception des modèles…………………………………………………………….
7.3.4 Hypothèses de base …………………………………………………………………..
7.3.5 Mise en équations du modèle 12_A…………………………………………….
7.3.6 Mise en équations du modèle 12_B …………………………………………….
7.3.7 Simulations avec les modèles de camion à trois essieux ………………..
7.3.8 Discussion ……………………………………………………………………………….
7.4 Remarques finales ………………………………………………………………………………
8 Application des facteurs d’amplification dynamique …………………………………
8.1 Introduction ……………………………………………………………………………………….
8.2 Portée des facteurs d’amplification dynamique ……………………………………….
8.3 Application des facteurs d’amplification dynamique ……………………………….
8.4 Évaluation simplifiée des dalles de roulement des ponts ………………………….
8.5 Évaluation détaillée des dalles de roulement des ponts ……………………………
8.5.1 Généralités ………………………………………………………………………………
8.5.2 Simulations numériques…………………………………………………………….
8.5.3 Essais dynamiques in situ ………………………………………………………….
8.6 Remarques finales ………………………………………………………………………………
8.6.1 Préliminaire……………………………………………………………………………..
8.6.2 Conclusions……………………………………………………………………………..
9 Conclusion ………………………………………………………………………………………………
9.1 Buts poursuivis…………………………………………………………………………………..
9.2 Bénéfice de l’étude………………………………………………………………………………
9.3 Approche retenue ……………………………………………………………………………….
9.4 Conclusions ……………………………………………………………………………………….
9.5 Suggestions pour des travaux futurs………………………………………………………
Bibliographie…………………………………………………………………………………………………
A Plans des ponts ………………………………………………………………………………………..
A.1 Pont-cadre………………………………………………………………………………………….
A.2 Pont C1……………………………………………………………………………………………..
A.3 Pont C1P……………………………………………………………………………………………
A.4 Pont C2……………………………………………………………………………………………..
A.5 Pont P1 ……………………………………………………………………………………………..
A.6 Pont P2 ……………………………………………………………………………………………..
B Caractéristiques dynamiques des ponts…………………………………………………….
B.1 Ponts-poutre……………………………………………………………………………………….
B.2 Pont-cadre………………………………………………………………………………………….
C Modèles de véhicule ……………………………………………………………….
C.1 Camion 12_A en 2 dimensions (5 degrés de liberté) ……………..
C.2 Camion 12_B en 2 dimensions (6 degrés de liberté)………………
C.3 Camion 12_A en 3 dimensions (9 degrés de liberté) ……………..
C.4 Camion 12_B en 3 dimensions (11 degrés de liberté)…………….
Curriculum vitae………………………………………………………………………….
