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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2013

Hervé Marneffe

Hervé MarneffePCI CMétalMB (CETE Est- LRNancy)

Le 06 juin 2013

Journées techniques Ouvrages d’Art 2013Dijon, Mercredi 05 et Jeudi 06 juinDijon, Mercredi 05 et Jeudi 06 juin

Informations sur le PCI-CMMB et sur le Guide HLE de l'AFGC paru en 2012


Hervé Marneffe

1 - Informations sur le PCI-CMMB PCI “Constructions Métalliques, Mixtes et en Bois“ - CETE de l’Est

montant réalisé en 2012 (k€)

Compétence opérationnelle, projet -DCE, travaux , assistance et

contrôle qualité467

Qualité, audit NF acier, afcab, boulons 330

Expertises, pathologies 240

Qualification, Communication, transferts de compétence

Actions et recherches 353

Matériels et personnes 26 personnes ayant trait au domaine

Compétences fortes du CETE de l’Est pour : les 2 volets-la conception calcul, et -le contrôle qualité, l’expertise et essais sur structure et matériau

•les portes d'écluses, les barrages mobiles de navigation, les soutènements de palplanches, les ponts mobiles,•les ponts ferroviaires métalliques et mixtes,•les ponts routiers métalliques et mixtes,•les soutènements de type Terre Armé, les buses et conduits métalliques,•les portiques, les potences, les candélabres, les haut-mats, les pylônes,•les ponts mixtes en bois.


Hervé Marneffe

2 - Guide HLE

EST paru en octobre 2012

255 pages,7 chapitresEn fait« Tout sur les HLE »

Disponible à l’AFGC15 rue de la Fontaine au Roi 75 127 Paris Cedex 11

Prix 50 €ttc


Hervé Marneffe

2 - Guide HLE

Bref historique :

- Les JT du 07 et 08 décembre 2010Le nouveau guide était prévu àcette occasion.

- Le guide précédent


Hervé Marneffe

2 - Guide HLEDomaine :Le guide traite de toutes les utilisations de HLE (offshore, engins de levage, bâtiment, ouvrages d’art)Par HLE, on entend acier de Re > 355Mpa (la gamme va de 420 à 1100Mpa)Chap 1 : Normalisation et réglementation1.1 produits, 1.2 Conceptions, calculs, 1.3 Exécution Ces HLE sont encadrés par la norme 10025 partie 3,4, 6 y sont spécifiés : - Composition chimique de la coulée et du produit. - Caractéristiques mécaniques : limite d’élasticité, résistance à la traction, énergie de flexion par choc- Soudabilité basée sur la composition chimique au moyen du CEV (formule de l’IIW/IIS). - Tolérances sur les dimensions et la forme. (10025 ou 10029 ou 10051 )- Autres caractéristiques : aptitude à la galvanisation ou au formage à froid, etc.

Désignation


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HLE

C

f10

-025

–3

, 4,

6


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2 - Guide HLE

Cependant, la valeur du CEV n’est pas le seul facteur à considérer pour caractériser la soudabilité surtout pour les aciers de NFEN10025-6 pour lesquels la valeur du CEV peut dépasser les 0,80%. Les exigences générales pour le soudage à l’arc des aciers spécifiés dans NFEN10025-1 à -6 sont données dans la norme NFEN1011-2 :2004. En particulier, les normes NFEN10025 attirent l’attention de l’utilisateur sur le risque de fissuration à froid des aciers spécifiés dans ces normes lors de leur mise en œuvre.


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2 - Guide HLERéglementation 1.2 Conceptions, calculs,

- Les ponts mixtes sont calculés à partir de l'EN 1994-2. Nuance S460 comprise (En1994-2, 3.3(2))- l' Eurocode 3 s’applique pour des nuances S235 à S460. (EN 1993-1-1, 3.1(2)) .« L'utilisation de nuances plus élevées n'a pas fait l'objet d'études suffisamment détaillées. En première approche il conviendra de se limiter à un calcul élastique des efforts et des résistances. »La partie 1-12 (En 1993-1-12) complète en cas de besoin ces parties pour les rendre utilisables pour les nuances S500 à S700.

exemples de courbes de traction - réelles (sur prélèvement) - comparées

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

partie en pointillé = plus ou moins accessible suivant l'extensomètre .

s (Mpa)

Dl/l (%)


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2 - Guide HLE

1-2-2 DuctilitéL'utilisation des aciers S500 à S700 nécessite des précautions particulières pour le contrôle des déformations et pour éviter les entailles et les concentrations de contrainte.

Les valeurs limites du rapport fu / fy , l’allongement à la rupture et la déformation ultime εu suivantes sont recommandées (EN 1993-1-12, 3.2.2) . :- fu / fy >= 1,05 (alors que fu / fy >= 1,10 pour les aciers couvert par l’EN1993-1-1, 3.2.)- allongement à la rupture >= 10% (alors que >= 15% pour les aciers couvert par l’EN1993-1-1, 3.2.)- ε

u >= 15 fy /E (même inégalité pour les aciers couvert par l’EN1993-1-1, 3.2.)

1-2-3 Calcul des assemblagesL'EN 1993-1-8 est modifié comme suit (cf EN1993-1-12 , 2.8) :Principe : métal d'apport pour soudage doivent être équivalentes ou supérieures à celles du métal de baseCependant possibilité caractéristiques inférieures à celle du métal de base en limitant aux passes racine …. Mais alors on remplaçera fu par feu


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2 - Guide HLE

1-1-3 Exigences de choix des aciers ----- Risque de rupture fragileLes épaisseurs maximales utilisables pour chaque nuance et qualité sont définies :

- par le tableau 2-1 de l'EN 1993-1-10 et - par le tableau 4 de l'EN 1993-1-12 (équivalent pour les nuances de 500 à 690) :

1.3 Exécution EN 1090 pour faire simple HLE ~ S355 pour le ponts.

* Pour les ponts l’EN1993-2 art 3.3.3, impose aussi l’exigence du tableau 3.1.


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2 - Guide HLEChap 2 - ELABORATION ET PROPRIETES DES ACIERS HLE

cage de laminage quarto de GTS Industries à Dunkerque @(Dillinger Hütte GTS) - C Manuelli


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-Créer des carbures (éléments durs) carbures de fer (cémentite), ou de niobium et vanadium

-Affiner le grain, baisser la température de formation de structure ferrito-perlitique

Nuance S460

Epaisseur ReH Rm A % KVL KVL *(mm) (MPa) (MPa) (5,65 √So) (-20°C) (J) (-50°C) (J)

20 500 675 25 125 10050 475 650 24,5 125 9580 460 640 24 90 7520 530 595 26 285 26050 490 575 23 270 24080 450 560 25 270 240

* pour qualités NL et ML

Thermomécanique

Normalisé

Etat

Acier M


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- Faire une trempe (acier trempable) pour créer une structure dure (martensitique ou bainitique)- Puis un revenu

Figure 2.9 : Influence de la température de revenu sur la résistance d’une tôle en acier Dillimax 890, épaisseur 60 mm

Figure 2.10 : Influence de la température de revenu sur la courbe de transition Charpy du Dillimax 890, épaisseur 60 mm

Acier Q


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2 - Guide HLEChap 3 - Mise en œuvre - SOUDAGE

Acier MLa norme EN 10025-4 prévoit une teneur maximum en carbone de 0,16. La réalité peut être est bien meilleure :

Nuance Epaisseur C Mn Si Ni V CET CEVS460M 40 mm 0,090 1,50 0,30 0,40 0,058 0,38S460M 50 mm 0,070 1,54 0,32 0,42 0,070 0,37

Pas plus de contrainte ou sujétion qu’avec un S355NChoix du métal d’apport et on veillera à des procédés à bas hydrogène diffusible

Plus le carbone équivalent augmente, plus la trempabilité du métal augmente et plus le risque de fissuration à froid en ZAT augmente.

Aide mémoire : En atelierArc manuel avec électrodes enrobées ( I l l )Automatique sous flux électro-conducteur (121)Semi-automatique fil fourré sous gaz (136)Semi-automatique fil fourré sans gaz (114)Eléments de fixation (goujons connecteurs)Sur chantierArc manuel avec électrodes enrobées ( I l l )Semi-automatique fil fourré sans gaz (114)


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2 - Guide HLEChap 3 - Mise en œuvre - SOUDAGE

Acier QLe CEV est de l’ordre de 0,65% pour ep = 50mm voire 0.83 % pour les épaisseurs de 100mm. On a une structure martensitique.

OUI ce type d’acier présente des particularités

- Bas hydrogène diffusible (<5ml/100g) (choix et séchage de flux (121), mag (135) ou fil fourré sans flux sous gaz (136) , baguette (111))

- Choix du métal d’apport- Energie élevée, mais pas trop car attention aux propriétés de la ZAT- Préchauffage (suivant le CEV - 100 à 150°c pour ep =< 50mm )-Préchauffage + postchauffage (suivant le CEV - ep =< 50mm

préchauffage 150 à 180°c , postchauffage 2h à 200 à 250°c)- Températures entre passes

quelques dispositifs de pré ou post-chauffage de technologie soit électrique soit à gazPhoto : D Bitar (CTICM)


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2 - Guide HLEChap 3 - Fatigue des assemblages HLE

Les courbes S-N de référence et les règles de calcul en fatigue données dans les textes de construction (Eurocode 3 Partie 1-9 [7], Recommandations de l’IIW [4]…) sont identiques pour les aciers à basse limite d’élasticité et les aciers à haute limite d’élasticité. Ceci reflète une réalité mise en évidence par les essais de fatigue. Alors que la limite d’endurance augmente de façon sensiblement proportionnelle à la limite d’élasticité pour le métal de base, il n’en va pas de même pour les assemblages soudés qui, à configuration identique, présentent sensiblement la même limite d’endurance quelles que soient les caractéristiques du métal de base et du métal d’apport.

3-2 ) Les techniques de parachèvement (d’amélioration de la tenue en fatigue)Réduire la concentration de contrainte en pied de cordon, en améliorant la forme macro

géométrique du pied de cordon et en éliminant les micros défauts au niveau du pied de cordon. Les techniques sont : a) le meulage ou fraisage,

b) la refusion TIG ;

Créer au niveau du pied de cordon un champ de contraintes résiduelles de compression. Les techniques sont :

c) le grenaillage de précontrainte, d) le martelage selon diverses techniques.


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2 - Guide HLE3-2 ) Les techniques de parachèvement (d’amélioration de la tenue en fatigue)

Effets bénéfiques du parachèvement (quelle que soit la méthode appliquée)Catégorie de détail de l’EC3, non-traité,

ΔσC

Catégorie de détail parachevé, Δσ'C

90 10080 10071 9063 8056 7150 6345 5640 5036 45

Recommandations du guide HLE

Note : on gagne plus sur les détails dont la catégorie de détail est basse, et au- dessus de sa valeur de 100 MPa il devient inutile de parachever.


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2 - Guide HLEChap 4 - ConceptionChap 5 - CALCULS et JUSTIFICATIONS des structures en HLE

Les poutres hybrides peuvent être utilisées dans les ponts métalliques et mixtes pourvu que les limitations suivantes soient respectées :•la limite d’élasticité de l’âme est inférieure à celle des semelles tout en restant supérieure à sa moitié : fyw ≤

fyf ≤

2 fyw ;•la classification de l’âme d’une poutre hybride vis-à-vis du voilement par compression est à effectuer en se basant sur la limite d’élasticité des semelles. La variation de la position de l’axe neutre due à la plastification dans l’âme peut être négligée pour effectuer cette classification ;

5-3-1- Présentation des trois solutions comparées (S355 – S355/S460 – S460/S690)


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2 - Guide HLEChap 5 - CALCULS et JUSTIFICATIONS des structures en HLE5-3-1- Présentation des trois solutions (S355 – S355/S460 – S460/S690)

(NB les vérifications ELS ne sont pas dimensionnantes σadmissible > σsollicitante )

commentaire : la section est juste dimensionnée sur appui. Elle a « de la marge » en travée.

ELU

ELS


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Fatigue Détail 2 - Semelle inférieure – soudure d’âme de montantcatégorie 80

- parachèvement 80 100 permet de passer en fatigue (Une autre solution peut être le changement d’épaisseur.)

S355

S355/S460

S460/S690


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5-3-5- Tonnage d'acier SOLUTION 1Poutres S355

SOLUTION 2Poutres hybrides

S355/S460

SOLUTION 3Poutres hybrides

S460/S690

Tonnage d'acier 857 tonnes(+ les quelques tonnes sup liées aux sections

intermédiaires de transition)

627 tonnes 566 tonnes

Écart de poids/solution 1Écart de poids/solution 2

-17,00% -34%-10%

5-4 CAISSONS MIXTES HYBRIDES (travée principale 120 m) deux solutions (S355 – S460/S690)


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2 - Guide HLEChap 6- 1 ASPECTS ECONOMIQUES

Estimations du poste achat pour les trois solutions (S355 – S355/S460 – S460/S690)

-prix de revient du métal dans bi-poutre mixteOUVRAGE METAL COÛT %

Etudes

Achat

Fabrication

Transports

Montage

Divers montage

4%

36%

20%

5%

30%

5%

la soudure chantier représente 20% du prix du montage soit environ 6 à 7% du coût global

Différentes étapes de fabricationETAPES DE

FABRICATION

TRONCON OUVRAGE

Débit

Soudure bout à bout

Reconstitution

Habillage

Goujonnage

Expédition

11%

12%

15%

52%

4%

6%

10%

11%

14%

48%

4%

5%

100% 92%

Entretoises, divers 8%


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2 - Guide HLEChap 6- 2 ASPECTS environnementaux

bilan CO2 Solution 1 Solution 2 Solution 3bilan global tout compris (bétons dalle, appuis , fondations, enrobé,..) Gain global

5 400 000 kg 4 900 000 kg

- 9,4 %

4 700 000 kg

-12,8 %Décomposition de ces gains

Part fourniture aciers -6,6 % -9 %Part transport aciers -0,4 % -0,5 %

Part soudures-fabrication - 1,4% -1,5%

Part gain de béton (yc fourniture, transport, et HA)

-1 % -1,8 %La dalle est massive et « invariable » pour les 3 solutions. On ne gagne que sur les appuis et les fondations et en fait peu car le poids de dalle et des surcharges minimise le gain de descente de charge.

Chap 7 Les aciers à hautes performances aux USA, au Japon USA : aciers HPS 70, HPS 70 W , HPS 100 W

Pays Désignation du HLE R mécanique* Mpa (<100mm)Re Rm

USA HPS-70W 485 586-760HPS-100W 690 760-895

Japon BHS 500W 500 570-720BHS 700W 700 780-970

Japon : BHS 500, BHS 700, BHS 500 W et BHS 700 W


Hervé Marneffe

2 - Guide HLEChap 7-3 Références d’utilisation

Pont sur la Nesenbachtalen Allemagne - S 690caisson

2010 : Pont sur la Maine à Angers : 2550t dont 100t S460M(L) dans l’arc. ep. max. 80mm

2012 : Viaduc de la rivière Saint-Etienne (île de la Réunion) : 4546t dont 1400t S460M(L) ep. max. 120mm

Accroissement de 50% des performances de cette grue mobile par la substitution de la nuance S690 par la nuance S1100, tout

en diminuant le poids propre de la grue.


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Guide : recueil et analyse d’ incidents sur ouvragesIncident - en cours de construction Incident - en service

Guide :Démolition des ponts et gestion des déchets De démolition

HORS SUJET


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2 - Guide HLE

Si vous voulez tout savoir sur les HLE

Disponible à l’AFGC15 rue de la Fontaine au Roi 75 127 Paris Cedex 11Prix 50 €ttc

BONNE LECTURE !


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Merci pour votre attentionMerci pour votre attention

Documents

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