Cet article présente l’utilisation du SHM pour recaler le modèle du viaduc de la ligne 6 du métro parisien. Une réalisation Osmos Group !
Contexte, problématique à résoudre, attentes de l’exploitant :
La RATP doit accueillir un nouveau matériel roulant, plus performant et de plus grande capacité, mais qui pourrait modifier les efforts de freinage.
L’objectif du projet est donc de déterminer la résistance aux efforts horizontaux du viaduc, pour permettre le recalage du modèle théorique de l’ouvrage.
L’histoire du viaduc est longue : De 1900 à 1908, les premières rames étaient à roulements fer ! Quant aux rames actuelles (métro pneu « MP73 »), elles sont en usage depuis 1974. Les futures rames (« MP89 ») entrent en service entre 2022 et 2025.
Point important : la RATP dispose des informations nécessaires sur l’infrastructure : géométrie, matériaux utilisés, types d’appuis, charges permanentes sur les piles, efforts de freinage (théoriques et expérimentaux).
Solution mise en œuvre par Osmos :
Afin de répondre à la demande de la RATP, Osmos Group a donc confronté la théorie au réel !
Le viaduc fait 950 m de long, et ils est composé de 42 travées isostatiques avec appui simple d’un côté et mobile de l’autre, et comporte 3 stations : Nationale, Chevaleret et Quai de la gare.
Essais dynamiques
Des essais dynamiques ont été réalisés pour qualifier les efforts de freinage : rame de métro en situation de roulage, de freinage normal, de freinage d’urgence, d’accélération, le tout en plusieurs points différents le long du viaduc !
Les hypothèses à recaler concernaient essentiellement les raideurs contribuant à la réaction longitudinale pour équilibrer le freinage : raideurs des piles, appuis, travées, de la voie, et l’interaction voie/ouvrage.
Instrumentation mise en place
Osmos Group a instrumenté le viaduc à l’aide de ses systèmes de mesures en continu et en temps réel.
Les déformations verticales de 52 piliers (en fonte et en maçonnerie) ont été surveillées en pied.
Sur 8 piliers il y a eu des mesures de déformations verticales en tête pour mieux qualifier les efforts (couple horizontal/vertical) ; pour les autres piliers, les résultats ont été extrapolés.
Au total ce sont 120 cordes optiques on été mises en œuvre !
Ainsi, 10 essais de freinage (dans diverses configurations), chaque essai donne un enregistrement de 15 secondes à 50 Hz… cela donne 15 x 50 x 10 x 120 = 900 000 points de mesure !
Recalage du modèle théorique
Grâce à la campagne de mesures prises à l’occasion d’essais de circulation des rames en conditions réelles, le système de monitoring a permis de qualifier le comportement mécanique de l’ouvrage, selon différentes hypothèses et d’en déduire une modélisation de la charge :
- charge verticale
- charge horizontale
- répartition de la masse (voie, au droit de la position du train ou mesurée ailleurs…)
9 paramètres de modèles ont dû être optimisés :
- Interaction Nord / Sud ;
- Interaction voie / ouvrage : 2 zones différentes séparées par la station Chevaleret ;
- Raideur longitudinales des travées courantes ;
- Raideur longitudinale des travées en station ;
- Raideur longitudinale des appareils d’appui ;
- Modules d’Young des matériaux : fonte, 2 différentes pierres de maçonnerie.
Résultats obtenus :
L’ingénierie d’Osmos Group a pu procéder au recalage du modèle théorique initial afin d’en déduire un nouveau modèle conforme à la réalité observée sur la structure lors de la phase de monitoring.
Ce nouveau modèle est utilisé pour simuler le freinage des futures rames et ainsi déduire les descentes de charges à prendre en compte en tête de chacun des piliers ; ce qui permet de procéder à leur vérification.
Les essais ont permis de valider l’hypothèse de continuité du viaduc qui permet de distribuer les efforts de freinage sur plusieurs travées et donc de diminuer l’effet du freinage.
En s’appuyant sur ce modèle recalé, la RATP est désormais en mesure de déterminer les efforts induits par le nouveau matériel roulant sur la structure du viaduc et de prendre les décisions nécessaires pour garantir la bonne tenue de l’ouvrage dans le temps !
(Cliquez ici pour retrouver la présentation du cas lors de SHM-France 2021)
