Un pont routier subit-il plus de charge lorsque les véhicules sont stationnés ou lorsqu'ils se déplacent?

Les ponts sont conçus pour les charges provenant des véhicules qui devraient les traverser. Cela inclut le poids du véhicule et les charges dynamiques qui peuvent être introduites par le mouvement du véhicule. Les charges dynamiques peuvent provenir de «rebonds» ou de heurter un joint ou un nid de poule.

Au début, il semblerait évident que plus de charge est appliquée à un pont pendant que les véhicules sont en mouvement (poids du véhicule plus charge dynamique). Les charges dynamiques sont proportionnelles à la vitesse de déplacement des véhicules, mais à mesure que les véhicules avancent plus vite, ils sont généralement plus éloignés les uns des autres.

Lorsque les véhicules sont arrêtés, ils sont généralement beaucoup plus rapprochés que lorsqu'ils se déplacent.

• Peut-il y avoir une situation où plus de charge est sur un pont à cause de véhicules stationnés à faible distance que de véhicules en mouvement qui sont plus éloignés?
• Ces deux situations sont-elles couvertes par la conception des ponts?

Véhicules en stationnement vs véhicules en mouvement

Les véhicules stationnés (ou à déplacement lent) étroitement espacés sont nettement plus onéreux, comme indiqué à la page 89, annexe 2.A, clause 2.A.1 du code de conception du pont sud-africain TMH7 :

Il est généralement accepté et peut facilement être démontré que, sauf dans la très petite plage de portée, la pire condition de chargement se produit dans des conditions congestionnées (pare-chocs à pare-chocs) provoquées par un blocage de la circulation et que la dispersion du trafic à vitesse provoquée par une augmentation des inter- l'espacement, compense largement les effets de l'impact.

Cependant, cela n'est vrai que par inspection pour un nombre illimité de véhicules de même poids par unité de longueur. Si un véhicule inhabituellement extrêmement lourd traverse un pont, nous ne pouvons pas appliquer cette règle, car nous n'avons qu'un seul de ces véhicules et il ne peut pas être pare-chocs contre pare-chocs avec lui-même. Nous nous tournons donc vers les codes de conception des ponts pour considérer les configurations pertinentes.

Codes de conception des ponts

En ce qui concerne la conception des ponts, chaque pays semble proposer son propre chargement de pont dans son code de conception. J'ai lu beaucoup de ces codes - une proportion importante de mon travail consiste à programmer ces codes de chargement de pont dans un logiciel de conception de pont. La plupart des codes de conception ont différentes configurations de chargement à vérifier, bien qu'ils spécifient rarement qu'il s'agit de "véhicules stationnés" ou de "véhicules en mouvement". Le plus proche que je connaisse est la norme BD86 du Royaume-Uni .

Le BD86 sert à évaluer les ponts britanniques existants pour transporter des véhicules exceptionnellement lourds (appelés charges SO ou SOV). Les articles 3.20 à 3.25 donnent deux configurations différentes. Soit (i) le SO / SOV se déplace à vitesse normale, avec un facteur dynamique, et un chargement normal n'est pas autorisé à moins de 25 m du SO / SOV; ou (ii) le SO / SOV se déplace à basse vitesse, sans facteur dynamique, mais le chargement normal est autorisé plus près (pas à moins de 5 m).

Mais qu'en est-il de toutes les autres normes de conception à travers le monde? Étant donné que je n'ai entendu parler d'aucun pont défaillant en raison de la charge de conception standard étant trop faible, je pense qu'il est sûr que les normes de conception considèrent certainement le pire des cas. Ainsi, quoi que ce soit pour lequel il est conçu, il doit représenter le pire des cas de charge mobile ou de charge statique étroitement espacée.

Les normes de chargement routier de la plupart des pays considèrent deux configurations qui doivent être conçues pour: une configuration d'un seul véhicule (ou un seul véhicule par voie), et une configuration d'une charge uniformément répartie (c'est-à-dire une charge par zone qui est appliquée partout où elle ajoute l’effet prévu). Cette deuxième configuration pourrait être les véhicules stationnés étroitement espacés, ou elle pourrait représenter de nombreux camions / camions espacés, mais leur poids était en moyenne sur la longueur totale. Je soupçonne que cela peut en fait représenter ces deux situations.

Un fait important ici est le poids relatif d'un camion / camion par rapport à une voiture. Au Royaume-Uni, un camion normal (c'est-à-dire un camion ne nécessitant pas d'autorisation spéciale pour son trajet) a un poids maximum de 44 tonnes et une longueur d'environ 12 mètres. Cela donne 3,7 t / m. Une voiture typique (j'ai choisi la Vauxhall Astra) mesure environ 2 tonnes et 4,5 m de long, ce qui donne 0,45 t / m.

Je suggère que dans une situation de charge mobile, vous pourriez obtenir des camions / camions assez bien espacés, mais dans une situation d'embouteillage, lorsque les camions et les voitures ont tendance à se mélanger, l'espacement des camions / camions est à peu près le même parce que les espaces sont remplis de voitures . Les wagons produisant peu de charge par longueur par rapport à un camion / camion, la charge moyenne par unité de longueur peut être à peu près la même, que le trafic soit en mouvement ou de papeterie.

Bien qu'il y arrive sous un angle différent, je crois que le Manuel de l'AASHTO pour l'évaluation des ponts; la clause de commentaire C6B.7.2.2 implique quelque chose comme ceci. Ça dit:

La probabilité d'avoir une série de véhicules lourds étroitement espacés du poids maximum autorisé augmente à mesure que le poids maximum autorisé pour chaque unité diminue. Autrement dit, il est plus susceptible d'avoir un train de véhicules légers que d'avoir un train de véhicules lourds.

Je suppose que cela peut être appliqué à la situation stationnée / en mouvement. Autrement dit, plus vous avez de véhicules sur le pont à la fois, plus le poids moyen probable du véhicule est faible.

Ce qui est plus important dépend du pont en question, certainement de sa longueur et des caractéristiques du chargement appliqué. Pour cette discussion, je suppose que le trafic routier est chargé.

La question se réfère aux effets dynamiques, et il convient de noter qu'il s'agit plus que d'un simple impact en frappant un nid-de-poule. Si une poutre simple élastique à travée unique est instantanément chargée avec une force, la flèche maximale qui en résulte est le double de la flèche sous la même force dans le cas statique, et cet effet n'est pas lié à l'effet des pointes instantanées dans la charge appliquée en raison des véhicules heurtant irrégularités de surface (nids de poule, etc.).

Pour la plupart des ponts routiers, je pense que l'effet dynamique est plus important. Le trafic rapide mais espacé est plus onéreux que le trafic lent et groupé. Cependant, cette conclusion est basée sur l'observation qu'il y a plus de ponts courts (portées jusqu'à des dizaines de mètres) que de ponts longs - il n'y a pas de principe général qui donne une réponse universelle.

Il est relativement simple de déterminer que pour un pont très court, que la circulation soit en file d'attente ou non, cela n'a pas d'importance - si le pont est plus court qu'un véhicule, un seul véhicule (ou un essieu) sera sur le pont, donc s'il y a une file d'attente ou non n'influence pas le nombre de véhicules chargeant la structure ou le chargement. Inversement, il est facile d'imaginer qu'un pont très long (plusieurs centaines de mètres de long), un véhicule heurtant un nid de poule aura un effet négligeable, car même si la charge de ce véhicule double instantanément, s'il y a des centaines de véhicules sur le pont cela n'aura pas un effet proportionnellement grand.

Dans la pratique britannique, les ponts routiers sont conçus et évalués selon les documents de la Highways Agency (appelés «BD et BA»). Le chargement routier des véhicules est de deux «saveurs» - HA est un trafic «normal», et HB est un chargement arbitraire utilisé pour examiner les caractéristiques du pont sous une charge anormale. La charge en HA pour la conception est définie dans BD37 et la dérivation comprend la tolérance aux chocs - lire l'annexe A: "l'effet d'impact d'un essieu sur les ponts routiers peut atteindre 80% du poids statique de l'essieu et une tolérance de cette ampleur a été faite en dérivant la charge HA ", bien que l'influence de l'impact diminue à mesure que la portée augmente.

Les files d'attente de la circulation provoquent non seulement un amalgame de nez à queue, mais elles peuvent également donner lieu à des véhicules se rapprochant d'un côté à l'autre. Dans les BD, on parle de «groupage latéral», c'est-à-dire où plus de véhicules se pressent sur la structure.

Le BD37 permet à la fois l'impact et le regroupement latéral simultanément - c'est-à-dire qu'il suppose que vous avez un embouteillage serré qui se déplace également à grande vitesse. Cela ne se produit évidemment pas, mais c'est ce que le code encapsule.

Cependant, lors de l'évaluation des structures existantes, les normes britanniques n'appliquent pas les deux effets ensemble. BD21 est le code d'évaluation des structures. La clause 5.23 répond spécifiquement à cette question (UDL et KEL sont deux composantes du chargement HA):

"Les HA UDL et KEL ont été dérivées à l'aide d'un facteur de groupage latéral pour tenir compte de la possibilité que, dans des situations de déplacement lent, plus de voies de circulation que les voies marquées ou fictives pourraient utiliser le pont. Une analyse probabiliste montre que les effets d'impact maximaux, qui se produisent à des vitesses élevées, ne doivent pas être pris en compte en même temps que le regroupement latéral maximal. La comparaison des effets de la vitesse de circulation alternative et des situations de regroupement a conduit à la conclusion que l'effet à haute vitesse et à impact élevé sans regroupement latéral est le critère le plus onéreux pour le chargement du pont . Les HA UDL et KEL doivent donc être ajustés afin d'éliminer le facteur de groupage latéral en divisant par le facteur d'ajustement (AF) suivant. "

Le facteur d'ajustement est un nombre relativement élevé pour des longueurs chargées allant jusqu'à 20 m, mais passe à 1,0 (c.-à-d. Divisez par 1,0, alors ne changez pas la valeur) à 40 m de longueur chargée.

Il n'est pas possible de faire des déclarations définitives à partir de cela (c'est-à-dire que vous ne pouvez pas dire "en dessous de 20m c'est dynamique, au-dessus de 40m c'est des files d'attente de trafic"), parce que le chargement est dans une certaine mesure empirique et dérivé après une analyse probabiliste, et comprend des conjectures ( décrit comme "par estimation" dans la norme), compte tenu des résultats de l'analyse de sensibilité. Encore une fois, l’ annexe A du BD37 1 traite de ceci:

"Pour les grandes longueurs chargées, les principaux facteurs affectant le chargement sont les débits de circulation, le pourcentage de véhicules lourds dans les flux, la fréquence d'occurrence et la durée des embouteillages et l'espacement des véhicules dans un embouteillage. Ces paramètres ont été déterminés en étudiant la schémas de trafic sur plusieurs sites sur les routes nationales, par des enquêtes de charge sur d'autres sites et, lorsque les données requises n'étaient pas disponibles, par estimation. Une approche statistique a été adoptée pour dériver les charges caractéristiques à partir desquelles les charges nominales ont été obtenues. Des analyses de sensibilité ont été effectuées pour tester l'importance sur le chargement de certaines des hypothèses faites. "

Il convient de noter que ce qui précède est un peu non rigoureux en ce qui concerne les portées. La longueur qui compte en ce qui concerne la dérivation de la charge est la «longueur chargée», qui n'est pas toujours la même chose que la portée. Pour une seule travée simplement prise en charge, si vous examinez l'effet de flexion, les deux sont synonymes, mais de très nombreux ponts sont plus complexes que cela (par exemple, plusieurs travées continues ou piliers intégrés, etc.). La longueur chargée est la longueur sur laquelle l'élément de structure est chargé, et lors de la conception, vous devez choisir la longueur qui génère l'effet le plus onéreux pour l'élément que vous concevez pour effectuer les calculs par rapport à cet élément particulier. Il s'agit souvent de toute la longueur d'une travée, mais il y a des cas où (par exemple) le chargement d'une longueur plus courte a un effet plus important, en particulier dans les structures continues,

Si vous parlez uniquement de charge dynamique verticale , le cas où vous avez des embouteillages serait plus déterminant pour la conception du tablier du pont . L'augmentation et la diminution momentanées de la force verticale dues aux bosses d'une chaussée inégale peuvent être négligées car:

• l'ampleur serait faible pour une chaussée bien entretenue
• l'ampleur serait encore faible pour une chaussée mal entretenue car les conducteurs ont tendance à ralentir s'ils ont du mal à rouler en ligne droite
• ces événements sporadiques ont tendance à s'annuler globalement car ils ne se produisent pas en synchronie

Un code de conception de pont routier établi tel que BD37 ne prend pas explicitement en considération les bosses dynamiques que vous avez mentionnées.

Lorsque des véhicules se déplacent sur le pont, les effets de traction et de freinage généreraient une force horizontale longitudinale qui régit la conception de la sous - structure du pont .

Grâce à l'utilisation appropriée des combinaisons de charges (comme indiqué dans le tableau ci-dessous) et de leurs facteurs de charge correspondants qui ont déjà été rigoureusement étudiés et testés, il est possible de considérer tous les scénarios de charge pour parvenir à une conception sûre.