Partie 1 Daniel BITAR · Pont de Normandie, S420M, 1992-1994 Viaduc de la LEO, Avignon, 2008, S460 près des piles ... (acier, béton, superstructures) Constructions métalliques

Conception - dimensionnement

Conception - calcul - économie

Pierre CORFDIRCETE de l’Est

Partie 1Daniel BITARCTICM

Partie 2Aude PETELSETRA

Partie 3

Damien CHAMPENOY

Constructions métalliques et mixtes - 7 et 8 décembre 2010 1

Aude PETELSETRA

Partie 2


Acier du nuance supérieure au S355 : utilisé dans les ponts français depuis près de 15 ans (nuance S420 ou S460)

Pont de Normandie, S420M, 1992-1994

Viaduc de la LEO, Avignon, 2008, S460 près des piles

Autres exemples : pont de Rémoulins, pont sur l’A16, pont de Jassans, pont sur la Rivière St Etienne, viaducs de Garrigue, Verrières, Valence, Millau, …

Aciers HLE en France dans les ouvrages d’art


Aciers HLE à l’étranger dans les ouvrages d’art

Acier S690 : n’a jamais été utilisé dans les ponts français. Utilisé à l’étranger.

Pont Akashi-Kaikyo, Japon, S400 à S680

Pont Nesenbachtal, Allemagne, S690 près des appuis


Poutres hybrides en France dans les ouvrages d’art

-410 MPa -362 MPa

fys 410MPa= hplastifiée 168mm= -345 MPa-345 MPa

fyw 345MPa=

345 MPafyi 410MPa= 345 MPa

410 MPa 362 MPa

Mmax 95.5− MN m⋅= Mmax 84.3− MN m⋅=

Vérification aux Eurocodes Vérification aux réglements français

Semelles 1000 x 70

Ame 2860 x 25

C0 P1 P2 C3

Moments

+ - + - +

• Aucune utilisation de poutres hybrides (selon l’EN 1993-1-5) dans les ponts français.

• Les règlements français ne les interdisent pas mais les rendent peu intéressantes (plastification dans les âmes non autorisée dans les zones de moment négatif)

L’acier S460 est pleinement utilisé

Poutres hybrides intéressantes !

La contrainte dans l’âme est dimensionnante

Poutres hybrides peu intéressantes


Poutres hybrides à l’étranger dans les ouvrages d’art

Pont Rangedala, Suède, poutres hybrides S355/S460 (calculé avec les règlements suédois)

Pont Mittadalen, Suède, poutres hybrides S460/S690


Caisson mixte : comparaison de deux solutions

4.00

2.06 3.50 3.50

21.50

6.70

12.00

2.10 2.063.503.50

6.50

4.00

6.70

0.50 0.50

0.50

0,20

4.751.50

Solution de base : acier S355 dans toutes les sections, semelles additionnelles près des appuis intermédiaires

Solution innovante : utilisation d’acier S460 et S690

90.00 m 120.00 m 120.00 m 120.00 m 90.00 m

C0 P1 P2 P3 P4 C5

5 travées : 90 m – 3 x 120 m – 90 m

4 voies de circulation : largeur totale 21.5 m


Axi

s of

the

brid

ge

S460 S460/S690

• Sur pile, semelle supérieure en S355, fy=315 MPa1500 mm x 100 mm

+ 1400 mm x 90 mm

• Suppression des semelles additionnelles :Utilisation d’acier à haute limite d’élasticité– Acier S690 dans les membrures sup. près des appuis– Acier S460 dans les âmes et le fond de caisson, et dans les MS en travée

Poutres hybrides près des appuis



Section sur appui

75 mm S355 fy =325MPa50 mm S460 fy =430MPaFond de

caisson

27 mmS355 fy =345MPa

24 mmS460 fy =440MPa

Âmes

1500x100 + 1400x90S355 fy=315MPa

1500x70S690 fy =650MPa

Membrures sup.

Caisson S355Caisson S460/S690



Réduction poids caisson entier

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

0 100 200 300 400 500

Abscisse (m)

Réd

uctio

n po

ids

char

pent

e

Réduction poids caisson entier (sans cadres et raidisseurs)

Caisson mixte - Détail des quantités d’acier

Acier caisson (sans les cadres) 2470 tonnes 3540 tonnes

Acier S355 / 3540 tonnes

Acier S460 2301 tonnes /

Acier S690 170 tonnes /

Caisson S460/S690 Caisson S355

25 à 40 % de gain sur le poids de la

charpente métallique

-30% sur le poids (en moyenne)

Soit environ –7% sur le poids total du tablier (acier, béton, superstructures)


Moments fléchissants - ELU fondamental

151.8

-346.7

146.0

-369.1-400

-300

-200

-100

0

100

200

0 540

Abscisse (m)

M E

LU (M

N.m

)

S460-S690 S355

-6%

Caisson mixte - Efforts dans l’ouvrage


Efforts tranchants - ELU fondamental

15.816.6

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

0 540

Abscisse (m)

M E

LU (M

N.m

)

S460-S690 S355

-5%

Caisson mixte - Efforts dans l’ouvrage


Caisson mixte : coût de l’acier

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 100 200 300 400 500

Abscisse (m)

Prix

(€/m

)

S460/S690 S355

-24%

-10%

Caisson entier

Membrures supérieures

Fond de caisson Ames

Différence de prix -20% -44% -21% 15%

Coût de l’acier (charpente seule, sans raidisseurs ni cadres)


Caisson mixte - Déplacements sous LM1 caractéristique

Déplacements verticaux sous LM1 caractéristique

0.07

0.13 0.14

0.052

0.1040.113

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0 540

Abscisse (m)

Flèc

he (m

)

S460-S690 S355

23%

26%

24%

Au milieu de la travée centrale : flèche L/1050 pour l’ouvrage en S355, et L/850 pour l’ouvrage en S460/S690


Caisson mixte - Flèches

• Flèche en travée centrale : – Ouvrage S355 : L/1050– Ouvrage S460/S690 : L/850

• La flèche augmente sensiblement avec des aciers HLE (+25% ici) mais n’est pas un problème pour cet ouvrage

Nuance max utilisée

Limite de flèche

Nuance max utilisée

Limite de flèche

Belgique S355-S460 L/700 S355 L/900 autorisées mais non utilisé

France S460 aucune S355 EC1-2 non

Allemagne S355 (S460) aucune S355 L/600-L/800 oui

Espagne S460 L/600-L/4000 - L/600-L/900 non

Suède S460-S690 L/400 S355-S420 L/800 ouiSource : rapport projet européen ComBri - 2006

Pays

Ponts ferroviairesPonts routiersPoutres hybrides


Bipoutre mixte - comparaison de deux solutions

Travées : 95 m – 130 m – 95 mPortée comparable aux plus grandes portées françaises actuelles des bipoutres

(Triel sur Seine, Centron, Jassans)

S460 S460/S690

Poutres principales : - 5.0 m de haut- semelles de 1.3 m de large- ouvrage de référence entièrement en S460- ouvrage plus innovant en S460/S690 (poutres hybrides) + dalle BFUP

Nuances d’acier dans l’ouvrage avec poutres hybrides et dalle BFUPSemelle supérieure S460

Ame S460

Semelle inférieure S460 ou S690


Bipoutre mixte - Dalle en béton

Dalle fortement inspirée de celle du projet national MIKTI :

- Forme de gaufre coupée en 2 dans l’épaisseur

- Matériau = béton fibré ultra-performant (BFUP)

- Eléments préfabriqués de 21.5 m x 2.5 m

- Connexion entre les éléments préfabriqués

- Précontrainte transversale (torons adhérents)

- Précontrainte longitudinale de la dalle (trente câbles 12T15S) + dénivellation d’appui de 1.2 m sur piles -> 14.3 MPa de compression dans la dalle après fluage et retrait

Dalle du projet national MIKTI

Principe de connexion

©S

ETR

A

©S

ETR

A


Bipoutre mixte - Dalle en béton

Dalle de 21.5 m de large :– Dévers en toit -> épaisseur de dalle de 40 à 61.5 cm– Précontrainte transversale torons T15S:

• 3 torons en haut de chaque nervure• 2 torons en bas de chaque nervure (gainés sur les encorbellements)

Coupes transversales d’un élément de dalle


Bipoutre mixte – solution innovante

• Distribution d’acier dans les poutres principales

• Justifications effectuées selon les Eurocodes :– Justifications aux ELU et aux ELS (limitation à la résistance élastique dans les sections

comprenant de l’acier S690, car l’EN 1994-2 ne s’applique qu’aux aciers ≤ S460) – Déversement de la membrure inférieure près des piles– Fatigue

C0 C3P1 P2

Déplacement latéral du 1er mode critique

Position des appuisLongueur (m) 70 16 18 16 21 38 21 16 18 16 70

Épaisseur membrure supérieure (mm) - S460 30 35 40 40 35 30 35 40 40 35 30

Épaisseur membrure inférieure (mm) - S460 35 45 60 40 40 40 40 40 60 45 35

Nuance d'acier membrure inférieure S460 S460 S690 S460 S460 S690 S460 S460 S690 S460 S460

Épaisseur de l'âme (mm) - S460 20 22 22 22 20 18 20 22 22 22 20


Bipoutre mixte - Comparaison du poids d’acier

Comparaison de poids entre l’ouvrage innovant (poutres hybrides S460/S690, dalle BFUP) et l’ouvrage de référence (acier S460, dalle en béton armé)

Dalle Béton+câbles 3850 tonnes 4280 tonnes 10%

Poutres principales 990 tonnes 1390 tonnes

Éléments transversaux 192 tonnes 652 tonnes

Superstructures Superstructures 1270 tonnes 2130 tonnes 40%

Dalle + charpente + superstructures Poids total de l’ouvrage 6290 tonnes 8450 tonnes 26%

Charpente métallique 42%

Ouvrage innovant(S460/S690)

Ouvrage référence(S460)

Réductionde poids


Conclusion

Bipoutre mixteAcier

– Réduction de poids : environ 40%– Réduction de prix : environ 25%

Béton– Dalle BFUP plus légère qu’une

dalle BA– Préfabrication -> fiable– Mais BFUP très cher

⇒ Économie de matériaux (acier principalement)

⇒ Tablier plus léger -> économies sur les fondations et les appuis

⇒ Moins de transports de matériaux

Caisson mixteAcier

– Réduction de poids : environ 30%– Réduction de prix : environ 20%

Béton– Dalle béton armée classique

⇒ Économies d’acier (poids)⇒ Réduction des coûts

(acier, soudures, …)


Merci de votre attention !©

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Documents

Partie 1 Daniel BITAR · Pont de Normandie, S420M, 1992-1994 Viaduc de la LEO, Avignon, 2008, S460 près des piles ... (acier, béton, superstructures) Constructions métalliques