journées techniques ouvrages d’art...
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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 20 11
Jacques BerthellemyPage 1/35
Cécile MANUELLI / Dillinger Hütte GTSJacques BERTHELLEMY / Sétra
30 juin 2011
Journ ées techniques Ouvrages d ’Art 2011
MarseilleMarseille
Mercredi 29 et Jeudi 30 juinMercredi 29 et Jeudi 30 juin
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 20 11
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Durabilité des ponts métalliques
Intérêt des tôles PL profilées en long
• Les guides récents ne font que mentionner brièvement l’existence des tôles PL,
et• ne donnent de recommandations que pour la conception des
raboutages de tôles d’épaisseur constante ☺☺☺☺
Figures extraites du Figures extraites du «« guide de conception durable guide de conception durable »» des ponts mixtes ( 2010 )des ponts mixtes ( 2010 )
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Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Problématique des tôles d’épaisseur constante
150 MPacyclés
Calcul J Berthellemy sur Code_Aster / EdF
Répartition des endommagements de fatigue : cette figure est aussi une carte des probabilités d ’initiation d’une fissure de fatigue
Concentrations de contraintes connues depuislongtemps
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Approche du délardage par le calcul Efforts sur l’âme
1- dans le cas centré
Intérêt sur le plan de la durabilité
Calcul J Berthellemy sur Code_Aster / EdF
441 MPa
355 MPa
Améliorer les raboutages par les tôles PL
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Améliorer les raboutages par les tôles PL
Approche du délardage par le calcul : Efforts sur l’âme
2- par l’extérieur
Calcul J Berthellemy sur Code_Aster / EdF
441 MPa
Intérêt sur le plan de la durabilité
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Approche du délardage par le calcul : Efforts sur l’âme
3- par l’intérieur
Calcul J Berthellemy sur Code_Aster / EdF
441 MPa
441 MPa
Intérêt sur le plan de la durabilité
Améliorer les raboutages par les tôles PL
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Améliorer les raboutagespar les tôles PL en réduisant leshauteur de délardage
L’intérêt pour la durabilitédes ouvrages est déjà signalé
Transparent extrait de ma conférenceAFPC de 1989 :
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Comment les tôles PL sont-elles obtenues ?
Contrôleélectroniquede la pressionsur le Quarto
Nécessitedes pompesà huile supplémentaires
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Améliorer les raboutages par les tôles PL par réductionde la hauteur des délardages
Comment les tôles PL sont-elles obtenues ?
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Exemples de profils réalisables
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Tôles PL :
D’épaisseur progressivement variable
Largement suffisantpour 90% des ponts
La pente pourrait aller plus loin ( pompes ),Mais ce ne sont pas les performances géom étriques
qui font l’intérêt des tôles PL pour les ponts
Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Définition et disponibilité
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Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Définition et disponibilité Dillinger Hütte GTS
En 2011 :
– Longueur L : 4 m ≤≤≤≤ L ≤≤≤≤ 24 m– Largeur B : B ≤≤≤≤ 3000 mm – Épaisseur é : 20 mm ≤≤≤≤ é ≤≤≤≤ 150 mm– Poids : ≤≤≤≤ 22 tonnes ( tôle )
– Pente α : ≤≤≤≤ 5 mm/m et jusqu’à 5 segments possiblesde pentes différentes par tôle !
– Variation maximale d’épaisseur ∆∆∆∆é :≤≤≤≤ 40 mm
, Cécile Manuelli
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Tôles PL
Intérêt des tôles PLDurabilité des raboutages, économies
• Durabilité du pont améliorée en fatigue
• Intérêt économique pour le maître d’ouvrage
• Caractéristiques mécaniques comparables à celles
des tôles d’épaisseur constante normalisées
• L’économie d’acier s’inscrit aussi dans le Développ ement Durable
• Réduction du nombre de joints soudés ( 5 à 10% d’éco nomies )
• Nécessité d’étudier cette solution en base et de l’i mposer
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Intérêt économique pour le maître d’ouvrage
Réduction de 6% des quantités d’acier du pontpour un développement plus durable
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Pont de Joigny-sur Meuse 1982
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Intérêt économique pour le maître d’ouvrage
Réduction de 6 % des quantitéstotales d’acier du pont
1982
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Importance de dresser diagramme d’effort normaux
On arrive généralementà réduire le nombrede raboutagesbout-à-bout
Économie de 6% aussienviron du coût totalde mise en oeuvre( viaduc de la Haute Colme )
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Améliorer les raboutagespar les tôles PL
Intérêt économique pour l’entreprise
Les souduresbout-à-boutcoûtent cher.
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Précontrainte par dénivellations d’appuis et tôles PL
Tôles PL identiques en M. SUP et INFAssouplissent les zones sur appuis
Membrure supérieure 650 mm
Membrure inférieure 800 mm
Conception innovante SETRA ( 1984 ) :
Pas de dénivellation préalable de la charpente seule,mais fortes contre-flèches.
Permet d’obtenir une bonneprécision sur l’effetdes dénivellations
0,52 m par paliers Fibonacci : 0.02
+ 0.05+ 0.07+ 0.10+ 0.14+ 0.14Contreflèches
de fabrication
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Franchissements de la Meuse
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Précontrainte par dénivellations d’appuis et tôles PL
doublé depuis
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Exemple d’erreur à éviter
Tôles non interchangeables ( pentes différentes )
Attention :si tôle loupée
Retard
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Exemple de conception inadaptée
� Nombreuses tôles différentes non laminablesensemble
� Tôles à la limite despossibilités de l’époque (1988)
� Tôles difficiles à réaliser
� Tôles non interchangeables( pentes différentes )
UNE Tôle loupée
Retard
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
État des réalisationsen 1989
Tonnage cumulé
2732
5454
9516
12600
15743
17976
22577
24375
30781
32461
35653
2246191514351299
1390
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
1983 19
8419
8519
8619
8719
8819
8919
9019
9119
9219
9319
9419
9519
9619
9719
98
Années
Croissance très liée à l’utilisation d’ OMC,qui dressait des courbes d’effort normalet facilitait les projets avec tôles PL
plafonne
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Pont de Brignon ( Gard, 1987 )réalisation Richard-Ducros
Solution de base : SétraConception J. Berthellemy
État actuel du pont :Utilisation d’aciers PLautopatinables W
Conception HQDDdès 1987 !
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Réalisations plus récentes avec des tôles PL
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Pont de Brignon : exemple de très bonne conception
Membrure SUP 600 mmMembrure INF 800 mm
Différence de 200 mmpour un pont à 2 voies ☺☺☺☺
Les 2 membrures sup. et inf. peuvent être laminées ensembleà partir d’une m ême brame.2 x ( .8+.6 ) = 2,80 m
Travées de 41 – 57.5 – 57.5 – 41 mBalancement optimal ~ 0.70 ☺☺☺☺
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Conception du professeurNagai (1998 )
Travées de 46 – 53 – 53 – 40 mBalancement moins optimal ~ 0,75 ☺☺☺☺
Travées de rives plus longues, et irrégulières, imposées par le terrain et la géologie.
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Réalisations plus récentes avec des tôles PL au Japon
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Tôles PL non interchangeables : 50, 45, 46 mm
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Réalisations plus récentes avec des tôles PL au Japon
1998
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16 24
40
60
8060 30
Soudagechantier
Soudaged’atelier
Soudagechantier
2000
800/
très bonne conception Baudin-Chateauneuf
Viaduc de la Somme
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
Réalisations plus récentes : variante d’entreprise
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Réalisations plus récentes : accès St Gillesréalisation Richard-Ducros
Solution de base Sétraconception J. Berthellemy
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Réalisation DSD / Poncin / Eiffel
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
pont de Schengen( Luxembourg )
Réalisations plus récentes avec des tôles PL
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Réalisations plus récentes : pont de Schengen
Améliorer la durabilité des ponts métalliques par les tôles PL
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Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Plan de la tôle expérimentée
, Cécile Manuelli
Étude expérimentale d’une tôle PL variant de 70 à 110 mm :
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Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Limite d’élasticité
, Cécile Manuelli
Résultats comparables à ce qui est produit pour les tôles épaisseur constante
À noter l’homogénéité avec l’épaisseur
Re ( Reh ) et Rm en MPa
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À noter l’homogénéitéavec l’épaisseur
Et largement supérieursaux exigences ponts
N ou K2 40 J à –20°°°°CNL 27 J à –50°°°°C
Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Kv caractérisant la Résilience
, Cécile Manuelli
Résultats comparables à ce qui est produit pour les tôles épaisseur constante
Essai Charpy
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Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Finesse des grains
, Cécile Manuelli
Finesse des grains, selon NF A 04-102
G=12Structure ferrito-perlitiqueà grains fins en pied( épaisseur minimale )
G=10 à 11Structure similaire,à mi-pente
Tôle PL( 70 – 110 – 70)Tôles d’épaisseur
constante
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Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Kv comparé
, Cécile Manuelli
Courbes de transition pour les qualitésS460 ML et S355 J2 à titre de comparaison
Minimaux K2 requis en France pour
les ponts
Tôles PLnormalisées
Aciersthermomécaniques
L'acier de cette tôle est du STE 52-3 équivalent à du S355J2+N selon les normes actuelles
Si é > 80 mm car NL ou ML exigé( cf. détails Ec3-1-10 tableau 2.1 )
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, Cécile Manuelli
ML impossiblepour une tôle PL 10 - 40
Sujet de recherche :K1c et Kv am éliorables pour PL 80 - 100 mm ?
Durabilité des ponts métalliques, intérêt des tôles PL
Domaine d’emploi
Aciers thermom écaniques
Aciers normalisés
ML
NL
Économie et am élioration de la durabilité dans la majoritédes cas ( aciers NL )
ici la tôle PL est HQDD 1040
Essai ( dimensions non disponibles )
Marché français