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INTRODUCTION

Le Cetmef ne peut en aucun cas tre tenu responsable l'gard de l'utilisateur de tous dommages, rclamations ou pertes dcoulant de l'utilisation de cet utilitaire.

Le logiciel est compos de 6 feuilles de calcul :

Vrifications effectuesA partir des rsultats des calculs des rsultantes des diffrentes actions, le logiciel permet de vrifier les lments suivants :

A l'ELU fondamentalLe non glissement de l'ouvrageLa dcompression du sol de fondation (couverture simultane du problme de renversement)La capacit portante du sol de fondation

A l'ELS rareLa dcompression du sol de fondationLa capacit portante du sol de fondation

A l'ELS quasi-permanentLa dcompression du sol de fondation

Attention le logiciel ne permet pas de vrifier l'ensemble des tats limites concernant les quais poids :Ne sont pas traits :

Les tats-limites de glissement et de dcompression entre blocs pour les quais poids types quai en blocs

L'tat-limite de dplacement de la poutre de couronnement l'ELS rareLes tats-limites de tassement absolu et de tassement diffrentiel l'ELS quasi permanentL'instabilit globale (grand glissement) et les instabilits hydrauliques (ELU fondamental pour la plupart)

Ce programme, labor sous Calc d'Open Office, permet de vrifier le dimensionnement d'un quai en caissons. Il a t ralis par le Dpartement Ports Maritimes et Voies Navigables (DPMVN) du Centre d'Etudes Techniques Maritimes et Fluviales (CETMEF), organisme du Ministre des Transports, de l'Equipement, du Tourisme et de la Mer. Cetmef, janvier 2007

Cette feuille de calculs utilise des macros, pour qu'elle fonctionne il est ncessaire d'avoir accept l'activation des macros lors de l'ouverture de la feuille, si cela n'a pas t fait veuillez rouvrir la feuille de calcul. Si le niveau de scurit lev ou trs lev est activ, la feuille de calcul peut ne pas fonctionner, le niveau de scurit moyen doit tre activ dans les options d'Open-Office.Ce logiciel permet, en introduisant les paramtres du sol (angle de frottement interne ', cohsion c', ratio frottement sol-caisson/'), les niveaux d'eau et les surcharges sur terre-plein ; de calculer les efforts de pousse du sol sur un caisson, la rsultante des diffrentes actions appliques et le moment rsultant des diffrentes actions appliques l'ouvrage. Le logiciel permet d'introduire les diffrents coefficients partiels dcrits dans ROSA 2000 et de calculer un certain nombre de facteurs de dimensionnement ().

Le format de calcul utilis est celui des Recommandations pour le calcul aux tats-limites des Ouvrages en Sites Aquatiques (ROSA 2000) crites et diffuses par le CETMEF. Ce logiciel se base sur les lments de ROSA 2000, il ne permet de vrifier qu'un nombre limit d'tats-limites pouvant concerner les quais en caissons. ROSA 2000 formant un tout, il est fortement conseill de lire l'ensemble des lments de ROSA 2000 avant de l'utiliser ; notamment le contenu de la srie "Dispositions communes" pour comprendre la dmarche et le vocabulaire lis l'utilisation des mthodes semi-probabilistes. Dans le texte qui suit les rfrences au contenu de ROSA 2000 sont signales en bleu.

- La prsente feuille (Introduction) qui prsente le logiciel, les mthodes de calcul et les diffrents paramtres introduits - La feuille donnes dans laquelle l'utilisateur doit introduire les donnes du problme (description du caisson, description du sol, valeurs des actions, valeurs des coefficients partiels) - La feuille ELU fond dans laquelle l'utilisateur introduit les combinaisons qu'il souhaite tester pour les combinaisons types ELU fondamentale et obtient les rsultats pour chaque combinaison aprs lancement des calculs - La feuille ELS rare dans laquelle l'utilisateur introduit les combinaisons qu'il souhaite tester pour les combinaisons types ELS rare et obtient les rsultats pour chaque combinaison aprs lancement des calculs - La feuille ELS qp dans laquelle l'utilisateur introduit les combinaisons qu'il souhaite tester pour les combinaisons type ELS quasi permanent et obtient les rsultats pour chaque combinaison aprs lancement des calculs - La feuille dessin prsente le diagramme des pressions horizontales sur l'ouvrage obtenues dans le dernier calcul effectu

Remarque : Les tats limites vrifier pour un ouvrage poids sont dcrits dans le chapitre 6 du fascicule "Quais-poids" de la srie "Ouvrage"

L'tat-limite de rsistance interne de la structure (par exemple la rsistance en flexion et en cisaillement des voiles en bton arm de la structure) l'ELU fondamental et l'ELS rare

Les combinaisons types ELU accidentelles pour lesquelles il est ncessaire de vrifier les tats limites-suivants : glissement plan, dcompression du sol de fondation, poinonnement du sol de fondation, glissement et dcompression des blocs, rsistance du bton arm, le grand glissement et les instabilits hydrauliques

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DONNEESPour guider l'utilisateur un code de couleur est donn pour diffrencier les cases remplir, des cases remplies automatiquement et des cases remplir si ncessaire

Tableau "Description gomtrique de l'ouvrage"

Ce tableau permet d'introduire les dimensions de l'ouvrage, les cotes et la densit de l'ouvrage

Deux cotes de dragage sont demandes : une cote caractristique (utilise pour les ELS) et une cote de calcul (utilise pour les ELU).

La longueur de l'ouvrage est demande pour le calcul de la capacit portante de l'ouvrage (coefficient de forme)La densit moyenne de l'ouvrage peut tre calcule en utilisant le tableau de calcul rapide (voir tableau suivant) ou peut tre introduite manuellement

Tableau "Calcul rapide de la densit moyenne de l'ouvrage ( partir d'une vue en coupe), valeur non djauge, tranche de 1m"

Dans le cadre de l'utilisation de ce logiciel toutes les cotes demandes doivent tre introduites en cote marine (CM). Attention ne pas confondre Cote Marine (CM) et centimtre (cm)Il est possible d'avoir un ouvrage ne faisant pas la mme largeur en haut et en bas dans ce cas le fruit se trouve toujours du cot du bassin, la paroi cot terre-plein est toujours considre comme tant verticale, le centre de gravit est calcul partir de la forme trapzodale de l'ouvrage

Attention l'effet de la bute du sol en avant de l'ouvrage est nglige, l'paisseur de sol en avant de l'ouvrage est uniquement utilise pour le calcul de la capacit portante des fondations

Ce tableau permet de calculer rapidement la densit moyenne de l'ouvrage en se basant sur les aires des diffrents matriaux sur la vue en coupe de l'ouvrage et la densit des diffrents matriauxAttention : si l'aire totale des matriaux dcrits diffre de celle de l'ouvrage (calcule en se basant sur sa hauteur et sa largeur en bas et en haut), la case densit moyenne s'affiche en rouge avec l'expression " remplir". Tant que la densit moyenne n'a pas t correctement modifie ou introduite manuellement dans le premier tableau les calculs ne peuvent pas tre lancs

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Tableau "Description des niveaux d'eau"

Ce tableau permet d'introduire les diffrents niveaux d'eau dans le terre plein et dans le bassin mare haute et mare basse

Ce logiciel utilise les niveaux d'eau de la faon suivanteA l'ELU fondamental : niveau de calcul lorsque l'action de l'eau est l'action variable principale, niveau caractristique lorsque l'eau est l'action d'accompagnement

A l'ELS rare : niveau caractristique lorsque l'action de l'eau est l'action variable principale, niveau frquent lorsque l'eau est l'action d'accompagnement

A l'ELS quasi-permanent : niveau quasi-permanent dans tous les cas

Le menu droulant rpartition de la pression d'eau sous l'ouvrage permet de slectionner cette rpartitionLinaire : pression variant linairement sous l'ouvrage entre la pression ct bassin et la pression ct terre-pleinConstante terre-plein : la pression sous l'ouvrage est gale la pression en pied d'ouvrage ct terre-pleinConstante bassin : la pression sous l'ouvrage est gale la pression en pied d'ouvrage ct bassin

Tableau "Description du sol retenu"

Ce tableau permet d'introduire les paramtres du sol ct pousse.Les couches sont numrotes de 1 5 de haut en bas

Les paramtres (valeurs caractristiques) introduire pour chaque couche sont :L'paisseur de la coucheLa densit humide du sol (valeur non djauge)La densit sature du sol (valeur non djauge)

La cohsion draine du sol (c')

Dans ROSA 2000, la scurit est prise sur les niveaux d'eau, il n'y a pas de coefficient partiel sur l'effet des pressions d'eau dans la suite des calculs. Les diffrentes valeurs des niveaux d'eau doivent tre slectionnes en se basant sur le contenu du fascicule "Action quasi-statique de l'eau" de la srie "Actions" de ROSA 2000

La ligne pondration sur la pousse du sol ELU fondamental correspond au coefficient partiel mis sur la coefficient de pousse dans le cadre des calculs l'ELU fondamental (approche de pondration n2 voir 7.3.2 dans le fascicule "actions du terrain" de la srie "actions")Dans la plupart des murs de soutnement, la pousse un effet dfavorable vis vis du renversement la valeur du coefficient est alors de 1.2, si l'utilisateur considre que la pousse est favorable il devra introduire un coefficient de 0.83 (voir mme rfrence que paragraphe prcdent)

L'angle de frottement interne du sol (')

Le rapport frottement sur le mur/frottement interne du sol (/')Si le rapport /' est non nul, ROSA 2000 conseille de recourir aux tables de Caquot-Krisel pour dterminer la valeur de Ka

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Les paramtres automatiquement calculs dans ce tableau sont :

Le terme de cohsion

Attention : si l'paisseur totale des diffrentes couches de sol est infrieure la hauteur de l'ouvrage un message d'avertissement apparat, il n'est pas possible de lancer le calcul

Tableau "Description du sol de fondation"

Ce tableau permet d'introduire les caractristiques du sol en dessous de l'ouvrage ainsi que les coefficients partiels utiliss pour le calcul de la portanceLes paramtres introduire sont :

La cohsion du sol (c') utilis pour les mmes calculs que l'angle de frottement interneLa densit du sol utilis pour le calcul de capacit portante

Tableau "description des charges appliques sur l'ouvrage"

Le coefficient de pousse Ka si /'=0 K

a=tan(pi/4-'/2)

La composante horizontale de la pousse Kah

=cos()*Ka

La composante verticale de la pousse Kav

=sin()*Ka

Attention : si la valeur de /j' est non nulle un message apparat dans la colonne Ka, il faut introduire manuellement Ka, le calcul ne peut pas tre lanc

L'angle de frottement interne du sol (') qui est utilis pour la calcul de la rsistance au glissement et de la capacit portante

La pondration sur c' et tan(') dans le cadre du calcul de la capacit portante avec les valeurs de calcul des paramtres de sol, dans le cadre de l'approche de pondration la source des paramtres de sol (approche n1) ( voir 3.3.1 dans le fascicule "Valeurs reprsentatives des proprits de base des matriaux" dans la srie "Dispositions communes")Deux paramtres pour le calcul du frottement et de l'adhrence l'interface sol caisson pour le calcul de la rsistance au glissement, exprims en pourcentage de l'angle de frottement interne et de la cohsion (voir 2.4.4 dans le fascicule "Paramtres d'interaction sol-structure" dans la srie "Disposition communes")Deux coefficients pour pondrer la portance calcule partir des valeurs caractristiques du sol l'ELU fondamental et l'ELS rare (voir 4.4 dans le fascicule "Valeurs reprsentatives des rsistances" de la srie "dispositions communes")Deux coefficients pour pondrer les paramtres de sol dans le cadre du calcul de la stabilit au glissement de l'ouvrage (voir 3.2.4.1 dans le fascicule "Paramtres d'interaction sol-structure" de la srie "disposition communes")

C=2cKa

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Le schma prsente les diffrentes charges, le sens des flches correspond la valeur positive introduite dans le tableau.

Tableau "Coefficients de modle"

Ce tableau permet d'introduire les valeurs caractristiques des diffrentes actions d'exploitation appliques sur l'ouvrage ainsi que les coefficients partiels permettant de calculer les diffrentes valeurs utilises dans le cadre des calculs (les valeurs des diffrents coefficients partiels sur les actions peuvent tre trouvs dans les fascicules de la srie "Actions")

Les diffrents coefficients de modle utiliser ainsi que les proportions de semelle de fondation devant rester comprimes sont introduites, ces lments peuvent tre trouvs dans le chapitre 7.2 du fascicule "Quais Poids" de la srie "Ouvrage"

Position outillage

Position charge linique sur caisson

Position surcharge linique sur terre-plein

Surcharge sur terre-plein

Surcharge sur caissonSurcharge linique sur terre-pleinEffet sur le caisson de la surcharge linique sur terre-plein

Surcharge linique sur caisson

Effet du portique sur le caisson

Effet de l'amarrage sur le caisson

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ELU FOND, ELS RARE ET ELS QPCes trois feuilles de calcul fonctionnent selon le mme principe :

Remplissage automatique d'un tableau avec les coefficients partiels et les niveaux d'eau en fonction des choix effectus prcdemmentLancement des calculs par clic sur un boutonLecture des facteurs de dimensionnement

Pour le niveau d'eau deux choix doivent tre raliss : les conditions de mare et le caractre principale ou accompagnement de l'action

Pour les autres actions variables trois choix sont possibles : action variable principale, action variable d'accompagnement ou action absente

Le nombre de combinaisons vrifier peut tre choisi

Le lancement de la vrification des combinaisons s'effectue en cliquant sur le bouton, l'utilisateur a la possibilit de choisir le nombre de combinaisons tudier

Introduction du caractre favorable ou non des diffrentes actions, choix des conditions de mare, choix du caractre principale ou accompagnement des diffrentes actions variables

Le choix des diffrents paramtres se fait l'aide de menus droulants :

Les choix raliss dans ce tableau doivent tre faits en fonction des situations de calculs, des cas de charges et des diffrentes combinaisons envisages par le projeteur. Afin de limiter le nombre de combinaisons vrifier il est ncessaire d'tablir une image claire de l'utilisation de l'ouvrage (description des situations et des cas de charges) et de tenir compte de son mode de fonctionnement. Voir notamment 4.2.1, 4.2.2 et 5.2.5 dans le fascicule "Prsentation d'ensemble" de la srie dispositions communes pour la dfinition des situations de projet, des cas de charge et des combinaisons d'actions.

Pour le poids propre l'aspect favorable ou dfavorable du poids propre du caisson et de son contenu peut tre pris en compte, dans la terminologie de cette feuille de calculs, on considre que le poids propre est favorable par rapport au tats-limites de glissement et de renversement (minoration du poids si favorable, majoration si dfavorable)

Le tableau en-dessous de celui o sont effectus les choix se remplit automatiquement en fonction des choix et des coefficients partiels introduits dans les diffrents tableaux de la feuille "donnes"Remarque : si l'utilisateur le souhaite, il est possible d'introduire manuellement les coefficients, cependant dans ce cas le tableau ne se rempliera plus automatiquement aux utilisations suivantes

Par exemple pour lancer la vrification des combinaisons ELU fondamentales

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Le tableaux de rsultats des calculs

Le tableau de rsultats pour l'ELU fondamental a t donn titre d'exempleCe tableau se remplit automatiquement :

Les valeurs des coefficients de modle sont rcupres dans la feuille donnes

Les valeurs des efforts calculs et des rsistances sont obtenues partir des calculs effectus dans le cadre de chaque combinaison

METHODES DE CALCULConventions de signe

Les profondeurs sont croissantes vers le bas, sur le graphique la profondeur (z) nulle est fixe la cote du terre pleinLes efforts horizontaux et pressions dirigs du terre-plein vers le bassin sont compts positivementLes moments entranant un basculement du haut du caisson du terre-plein vers le bassin sont compts positivementLes efforts verticaux dirigs vers le bas sont compts positivement

Units utilisesTous les calculs sont effectus en considrant une tranche d'ouvrage d'1 m de longLes distances sont mesures en mtreLes efforts sont calculs en kNLes pression sont exprimes en kN/m (kPa)

Calcul de l'action du sol

La pression d'eau (u) est calcule de part et d'autre de l'ouvrage en considrant qu'il n'y a pas d'coulement (pression hydrostatique)

Les facteurs de dimensionnement (force rsistante/(d*force calcule) ou portion de semelle devant rester comprime/portion comprime calcule) sont calculs automatiquement partir des lments prcdemment indiqus

La stabilit est vrifie lorsque tous les facteurs de dimensionnement sont suprieurs ou gaux 1 (ils apparaissent alors sur fond vert dans le tableau), lorsqu'un facteur de dimensionnement est infrieur 1 il y a une instabilit pour une combinaison dans l'tat limite vrifi, le facteur apparat sur fond rouge.

Les densits de sol sont exprimes en kN/m3

La plupart des quais en caisson tant remblays avec des matriaux permables, l'ensemble des calculs est ralis en considrant seulement la situation long terme, cependant dans le cas o l'ouvrage doit tre ralis dans des sols peu permables et/ou cohrents il appartient l'utilisateur d'envisager un calcul court terme avec les moyens et mthodes appropris.

La contrainte verticale totale (v) dans le massif soutenu est calcule en considrant la charge rpartie en surface de terre-plein, la densit humide du sol au-dessus de la

nappe et la densit sature du sol en-dessous de la nappe

La contrainte verticale effective ('v) est calcule en retranchant la pression d'eau de la contrainte verticale totale ('v=

v-u)

La contrainte horizontale effective est calcule en multipliant la contrainte verticale effective par la composante horizontale du coefficient de pousse et en retranchant le terme de cohsion ('

h='

v*K

ah-C)

La contrainte horizontale supplmentaire lie la charge linique sur le terre-plein est calcule par la mthode simplifie de Boussinesq-Graux (3.4.2.2 dans le fascicule "Actions du terrain" de la srie "Actions")La contrainte horizontale totale

h est la somme de la contrainte horizontale effective de la pression intersticielle et de la contrainte horizontale supplmentaire gnre par

la charge linique sur terre-plein

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Le calcul de l'action du sol est ralis en dcoupant le terrain soutenu en 100 tranches horizontales et en calculant les diffrentes contraintes au niveau de chaque tranche.

Calcul de la stabilit au glissement

On rappellera que la bute du sol en avant de l'ouvrage est nglige par scurit dans l'ensemble des calculs et plus particulirement pour la stabilit de l'ouvrage au glissement.

Calcul de dcompression du sol de fondation

Calcul de la portance de la fondation

La valeur de calcul de la pousse l'ELU fondamental est obtenue en pondrant le coefficient de pousse Ka (obtenu avec les valeurs caractristiques des paramtres de sol) par 1.2,

dans les autres cas, la valeur de Ka obtenue avec les valeurs caractristiques des paramtres de sol est utilise

La rsistance au glissement est calcule partir de la valeur de calcul des efforts verticaux sur l'ouvrage (valeurs pondres du poids propre l'ELU, des descentes de charges des diffrentes actions sur l'ouvrage, de la pression de l'eau sous l'ouvrage, des frottements terrains soutenu/ouvrage)

La rsultante des efforts verticaux est calcule est multiplie par la valeur de calcul du frottement structure/sol, l'effet d'adhrence lie la cohsion du sol portant est ajout sur la surface de fondation comprime.

La portion de sol comprime sous l'ouvrage est calcule avec la mthode de Navier comme prconis par ROSA 2000 (7.2.1 fascicule "Quai Poids" dans la srie "Ouvrages")

La contrainte de rfrence (qref) est calcule selon la mthode de Meyerhof (6.1.3 fascicule "Quais poids" srie "ouvrages")La capacit portante du sol est calcule partir des paramtres de sol (mthode base sur les essais en laboratoire (4.2.2 fascicule "Valeurs reprsentatives des rsistances" dans la srie "dispositions communes"), les paramtres N

c, Nq, N, sc, sq, s... sont calculs avec les formules de l'ENV 1997-1 donnes dans ROSA 2000

A l'ELU fondamental la valeur de calcul de la capacit portante du sol est obtenue de deux faons : en pondrant les paramtres de sol (' et c') ou bien en pondrant la valeur de la capacit portante obtenue avec les valeurs caractristiques des paramtres de sol.

Il est galement possible de calculer la capacit portante de la fondation partir des rsultats des essais pressiomtriques pl, p0, D

e, la mthode de calcul est base sur le contenu de

ROSA 2000 (4.2.1 fascicule "Valeurs reprsentatives des rsistances" dans la srie "dispositions communes")