Enseignement%20d

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(No Transcript)
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THEMATIQUE Les infrastructures Etude de cas
La protection contre les risques naturels
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Séance 1Stabilité dun mur de soutènement
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Situation déclenchante
Quand ce sera dégagé, comment pourrons-nous
assurer notre sécurité sur cette route ?
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Compétences abordées dans cette séance

• APPROFONDIR LA CULTURE TECHNOLOGIQUE
• Caractériser les fonctions dun système technique
  ( ouvrage de soutènement)
• Établir les liens entre structure, fonction et
  comportement ( analyse du comportement)
• REPRESENTER - COMMUNIQUER
• Rendre compte sous forme écrite ou orale des
  résultats dune analyse, dune recherche, dune
  expérience et dune réflexion (représentation
  structurelle)

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Appropriation de la problématique

• Questions/réponses que sest-il passé ?
  Pourquoi ?
• Questionnement qui doit ressortir de la
  problématique
• Que faudrait-il faire pour que cela narrive plus
  ?

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Bilan des hypothèses

• Le prof note au tableau les hypothèses des
  différents groupes, (tableau interactif, scan de
  leurs propositions,)
• Les groupes sont formés de façon à ce que chaque
  élève puisse développer lhypothèse quil a
  formulée (ou celle qui en est le proche) ceux
  qui pensent rouge ensemble, ceux qui pensent bleu
  dans un autre groupe

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Etude de cas Comment protéger cette route ?
7 m
5 m
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Investigation

• Groupe 1 (4 élèves) Parois Berlinoises ou
  parisiennes
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable
• Baguettes de balsa
• Planchettes de balsa

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Investigation

• Groupe 2 (4 élèves) Palplanches
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable
• Profilés fins à emboîter

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Investigation

• Groupe 3 (4 élèves) Parois Clouées
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable
• Piques à brochettes en bois
• Petite grille (simulation Treillis Soudé)

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Investigation

• Groupe 4 (4 élèves) Parois en terre armée
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable
• Planchette de balsa ou carton
• Languettes en carton (1cm largeur x 15 cm long)
• Scotch pour fixer les languettes aux planchettes

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Investigation

• Groupe 5 (4 élèves) blocs végétalisés
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable
• Une vingtaine de cylindres en carton coupés dans
  des rouleaux de papier essuie-tout (hauteur 2cm)
• Des fleurs en plastique

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Investigation

• Groupe 6 (4 élèves) Murs préfabriqués en L
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable
• Des cornières métalliques ou bois

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Compte-rendu dinvestigation

• Problèmes rencontrés ?
• Stabilité ?
• Pb fichage ?
• En phase travaux ?
• En phase fonctionnement ?

• Schéma de mon mur ?

• Quelles étapes et dans quel ordre ?

• Et si il pleut sur mon terrain ?

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Synthèse
? Carte mentale
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Séance 2Stabilité dun mur de soutènement
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Mais que sest-il passé ici ???
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Compétences abordées dans cette séance

• SIMULER, MESURER UN COMPORTEMENT
• Identifier un principe scientifique (la poussée)
  en rapport avec un comportement dun système (
  rupture par renversement)

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Appropriation de la problématique

• Questions/réponses que sest-il passé ?
  Pourquoi ?
• Questionnement qui doit ressortir de la
  problématique
• Comment assurer la stabilité dun mur de
  soutènement ?
• Lobjectif est que les élèves confirment ou
  infirment leurs hypothèses lors des manipulations
  de la séance

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Investigation

• 1ère étape Nécessité dancrer un écran de
  soutènement
• terrasser dun côté de lécran de soutènement
• Que se passe t-il ? À une certaine profondeur,
  lécran se renverse
• Noter la profondeur à partir de laquelle le mur
  rompt
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable sec
• 1 rectangle de balsa fiché dans laquarium

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Investigation

• 2ème étape Mise en évidence de leffet du
  chargement du mur
• On remet le mur en place avec le fichage limite
  de stabilité vu en 1ère étape
• On charge le sol derrière le mur
• Que se passe t-il ? On voit le mur qui se
  renverse à nouveau
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable sec
• 1 rectangle de balsa fiché dans laquarium
• 1 masse de 1 kg (bouteille deau pleine)

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Investigation

• 3ème étape Mise en évidence de leffet de la
  pression hydrostatique
• On remet le mur en place avec le fichage limite
  de stabilité vu en 1ère étape
• On sature le sol derrière le mur
• Que se passe t-il ? On voit le mur qui se
  renverse à nouveau
• Matériel
• Un aquarium rempli de sable sec
• 1 rectangle de carton fiché dans laquarium
• Une bouteille deau

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Compte-rendu dinvestigation
Quelles sont les solutions pour lutter contre ces
facteurs-risques ?
Tracer la trajectoire de votre mur lorsquil se
rompt
tirants
Quels sont les facteurs qui entrent en jeu lors
de la rupture dun mur de soutènement ?
Barbacanes
fichage
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Synthèse

• Comment lutter contre le renversement du mur ?
• Fichage
• Évacuation de leau ? barbacanes
• Mise en place de quelque chose pour résister à la
  poussée des terres et aider le mur à ne pas
  basculer ? tirants

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Séance 3Stabilité dun ouvrage Etude
quantitative
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Bizarre bizarre ce renversement, non ??
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Compétences abordées dans cette séance

• SIMULER, MESURER UN COMPORTEMENT
• Identifier un principe scientifique (répartition
  triangulaire de la poussée) en rapport avec le
  comportement dun système ( rupture par
  basculement dun écran de soutènement)
• Simuler le comportement dun système technique à
  partir de lévolution dun paramètre dentrée
• ? Calcul de la poussée au pied dun écran de
  soutènement
• ? Addition de poussées, représentation graphique

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Appropriation de la problématique

• Questions/réponses que sest-il passé ?
  Pourquoi ?
• Questionnement qui doit ressortir de la
  problématique
• Pourquoi ce mur sest-il renversé dans ce sens là
  ?

On devrait rapidement arriver à lhypothèse que
la poussée était plus importante en pied quen
tête de mur. Cest ce quon va les amener à
démontrer.
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Investigation

• ? 1 bouteille d'eau en plastique percée de 3
  trous de même diamètre à 6, 12 et 18 cm du bas,
  bouchon non fermé
• ? de leau pour remplir la bouteille jusquà 6 cm
  au dessus du trou le plus haut
• ? 1 cuvette assez large pour recueillir l'eau
• ? 3 petites boules de pâte à modeler pour boucher
  les trous

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Ce quon doit observer
3 jets continus ? un jet de longueur 6 cm si h
6 cm? un jet de longueur 12 cm si h 12 cm?
un jet de longueur 18 cm si h 18 cm
La pression de leau exercée sur une face
verticale dépend donc de la hauteur deau (h) au
dessus de ce point.
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Compte-rendu dinvestigation

• Quelle est lallure de la répartition de la
  pression de leau sur un mur de soutènement ?

• Schéma dobservation

Profondeur 0
Echelle 1 cm de jet 1 mm dessiné
h 0
Jet à h 6 cm
Jet à h 12 cm
Jet à h 18 cm
h
Quelle relation peut-on écrire entre la hauteur
de la colonne deau h et la pression de leau ?
(assimilable à la longueur du jet) P
k. h
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Etude de cas sécurité dun chemin piéton

• On souhaite sassurer que cette paroi ne
  basculera pas lorsquil va pleuvoir

Données techniques Hauteur apparente du mur 5
mètres Hauteur de fichage 2 mètres Masse
volumique du sol 1600 kg/m3
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Etude de cas 1ère étape
Par temps sec, il existe malgré tout de leau qui
stagne à une profondeur de 2,5 mètres. Cest ce
quon appelle la nappe phréatique.
Quelle est la poussée maximale totale (sol eau)
qui sexerce sur le mur ? 5545 100 kPa
Schématiser notre étude de cas et représenter les
poussées en présence par temps sec
Quelle est la poussée quexercent le sol et leau
du côté du passage piéton alors quils retiennent
le mur ? 1000102 2.041600102 85 kPa
2,5 m
5 m
Quel est le rôle de cette poussée ? ?sopposer
aux forces de poussées de la terre et de leau,
cest la butée
2 m
Cette force est-elle suffisante pour retenir le
mur ? Quel est le risque ? Non , risque de
basculement
Peau 45 kPa (1000104.5)
Psol 55 kPa (0.491600107)
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Etude de cas 2ème étape
Que se passe-t-il lorsqu'il pleut longtemps ? ?le
niveau de leau monte au niveau du sol
Quelle est la poussée maximale exercée par leau
au pied du mur ? 70 kPa
Schématiser notre étude de cas en cas de forte
pluie et représenter les poussées en
présence
Quelle est la poussée maximale exercée par leau
le sol au pied du mur ? 7055 125 kPa
5 m
Quelle est la valeur totale de toutes les
poussées qui appuient sur toute la hauteur du mur
(force de poussée) ? 1257/2 438 kN
Quelle est la valeur totale de la force qui
retient le mur (force de butée) ? 852/2 85
kN
2 m
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Etude de cas 3ème étape
Schématiser notre étude de cas en cas de forte
pluie et représenter la poussée totale derrière
le mur, la poussée qui retient le mur (butée), et
votre solution technique (avec leurs
valeurs)
Le chemin piéton est-il en sécurité ? ? Non
Quelle valeur de force horizontale faudrait-il
rajouter pour contrer les forces qui poussent sur
le mur par temps de pluie ? ? 438 85 353 kN
5 m
Quelle solution technique pourriez-vous proposer
pour que ce mur soit stable ? ? mettre un tirant
horizontal ? augmenter le fichage
2 m
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Document ressources
On calcule la valeur la plus élevée de la
pression de leau, s'exerçant en bas du mur, par
la formule. Avec ? masse volumique de
leau en kg/m3 g 10 N/kg ou en m/s²
accélération de la pesanteur h la hauteur
d'eau qui exerce une poussée (en m) et P en
Pascal (Pa) (équivalent à 1N/m²)
Selon que la terre pousse sur le mur ou le
retient, elle ne le fait pas avec la même force.
De la même façon que si je vous pousse par
surprise, vous allez, en vous retenant, me
pousser bien plus fort. Ainsi fait la terre
Le sol exerce sur un écran une poussée
horizontale qui a la même répartition
triangulaire que leau. Seule la valeur de la
constante qui multiplie h change. Cette
constante, notée a, dépend du matériau qui pousse
sur le mur ou de celui qui le retient, selon le
côté quon étudie. On la calcule par la formule
Où ? masse volumique du
sol en kg/m3 g 10 N/ kg-1 accélération de
la pesanteur k 0,49 si on étudie le coté qui
pousse lécran (poussée) ou k 2,04 si on
étudie le côté qui retient lécran
(butée) La masse volumique dun sol est
comprise entre 1300 et 1800 kg/m3, selon sa
nature.

• On peut calculer la force totale qui sexerce sur
  un écran de soutènement de 1 mètre de long

Pmax
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Synthèse

• La répartition de la pression de leau et de la
  terre derrière un mur est proportionnelle à la
  hauteur de charge
• De part et dautre dun mur, le sol ne pousse pas
  de la même façon (butée plus forte que la
  poussée)
• Deux pressions dans le même sens s'ajoutent, on
  ajoute les triangles afin de voir l'action
  globale.
• Les forces de poussée de part et dautre dun
  écran de soutènement doivent au moins être égales
  pour éviter le basculement.
• Sinon, on redimensionne le fichage ou on met un
  tirant dancrage