Le cas du pont de Chatillon-Sur-loire

Journée technique - Gestionnaires français d'ouvrages à câblesCEREMA Bordeaux - 16 juin 2015

FRAGILITÉ DES ACIERS DES PONTS SUSPENDUS ANCIENSA BASSE TEMPÉRATURE

Cas du pont de Chatillon-sur-Loire

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I -1 RÉSILIENCE ET FRAGILITÉ DES ACIERS

• Rupture brutale d’une pièce en acier en l’absence de signes précurseurs au contrôle visuel

• Événements de ce type rapportés dans la première moitié du XIXème siècle sur plusieurs ouvrages/structures métalliques dans le monde par temps froid

• Comportement caractérisé par une absence de plasticité avant rupture favorisé par :

- la nature de l’acier- les basses températures- la vitesse de chargement- effet d’entaille- effet d’épaisseur de pièce

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I -2 PONT DE SULLY SUR LOIRE

• Effondrement du pont suspendu de Sully-sur-Loire le 16 janvier 1985 par -23°C

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Câble de tête

Étrier de câble de tête

Étrier de câble porteur

Câble porteur

Suspentes

Barres d’ancrage

Massif d’ancrage

Tablier

ÉTRIER : ÉLÉMENT FRAGILE

Pylône

Chariot de dilatation

Câble

Fortes contraintes sur parties filetées

NOMENCLATURE D’UN PONT SUSPENDU A CÂBLES DE TÊTE

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Sous la charge du camion, les câbles de parabole (en rose) se tendent,les câbles de tête se détendent sur cette travée et retendent les câbles des autres travées.

Ce qui s’est probablement passé :1) Rupture d’une attache fragile (étrier) de câble de tête2) Désaxement de la selle en tête de pylône, échappement brutal d’un câble qui rompt

une suspente (réaction en chaîne)

16 janvier 1985

7h40

- 23°C

1

2


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L’ensemble de la suspension avalest décroché des pylônes

Étriers et suspentes sont rompus


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Suspente

Chariot de dilatationÉtriers rompus

Étriers

Faciès de rupturedes étriers


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•Facteurs propices à la rupture fragile :

-acier ancien type « acier de construction »

-basse température

-sollicitation brutale du câble de tête et ses étriers par passage PL

- rupture en zone filetée « taillée »

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I -2 CARACTÉRISATION DE LA FRAGILITÉ PAR LA RÉSILIENCE

- La caractérisation des aciers des ponts suspendus a été réalisée de 1985 à 1987 par le RST sur l’ensemble du réseau national (sous la direction de JP Persydu LR de Nancy)

-Caractérisation par essai de résilience (NF EN ISO 148-1) sur éprouvette normalisée à différentes températures

[effet de choc +effet d’entaille+effet thermique]

Mouton d’essai Rupture fragile Rupture ductile

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- Détermination d’une courbe d’évolution KV en fonction de T°

- Utilisation de la température de transition (TK27J)

-Détermination de classes de risque et de limitations d’exploitation

Classe de risque

Résilience

KV -20°C KV +20°C

1 <5J <10JRisque important à basse température

2 <5J>10J ; <20J

Risque modéré sauf par t° extrême

3 <5J >20JRisque modéré sauf

par t° extrême

4>5J ; >10J <20J Risque faible

5>5J ; >10J >20J Risque faible

6 >10J >20J Risque faible

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Classification des aciers modernes (NF EN 10025)

Essais de résilience, Pont de Sully-sur-Loire

Températured’essai (°C)

Kv Etrier (J) Kv Suspente (J)

-20 2.5 -

0 4 4

+20 6 4.5

+60 9 7

Lettre symbole J K L

Energie (J) minimale 27 40 60

Exemples : J2 signifie Kv (-20°) = (≥) 27J ; K4 signifie Kv (-40°) = (≥) 40J

Chiffre symbole R(room)

0 2 3 4 5 6

Température d’essai(°C)

+200 -20 -30 -40 -50 -60

Pont de Sully sur Loire

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I -3 CAS DU PONT DE CHATILLON SUR LOIRE

-Investigations supplémentaires en 2012

-C2, C3 et C10 => tirants d’ancrage et étrier câble de tête. Très basse résilience quelle que soit la température

- Nouvelle contraintes d’exploitation

Zone critique

Pour un acier moderne

C3C10

C7C8

C6

C2

C2

Massif d’ancrage

C6

C3/C10

C7C8

Tête de pylône

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II - Le Département du Loiret en chiffres – Le Loiret et ses ponts suspendus

Le Département du Loiret gère 1000 ouvrages d’art dont 9 franchissements de Loire et deux franchissements de la rivière Loiret (affluent de la Loire d’environ 13 km).

Avant 1985, 6 des 9 ponts sur la Loire étaient suspendus (multi travées de 275 à 385 ml).

16 janvier 1985 : Effondrement du pont de Sully-sur-Loire

1. Reconstruction du pont de Sully-sur-Loire 1985/86 (PSOM)

2. Reconstruction du pont de Jargeau 1987/88 (PSOM)

3. Restauration du pont suspendu de Meung-sur-Loire en 1986

4. Remplacement total de la suspension du pont de Châteauneuf-sur-Loire en 1993

Le pont de Chatillon-sur-Loire et Bonny-sur-Loire présentant des risques modérés de rupture fragile après les investigations menées en 1986, il n’a pas été prévu de travaux particuliers sur leur suspension.

2012 : Nouvelle campagne de caractérisation des aciers en barres

Action menée simultanément sur les ponts de Chatillon-sur-Loire et Bonny-sur-Loire par le CEREMA, Laboratoire de Nancy.

Conclusions pessimistes suivies des premières mesures d’exploitation (déviation PL en période hivernale, pour le pont de Châtillon S/L et moins 10 degrés pour le pont de Bonny S/L).

2013 et 2014 : Expertise complète du pont suspendu de Chatillon-sur-Loire

Menées par le par le CEREMA, Laboratoire de BordeauxJuillet 214 : Conclusions très alarmantes sur l’état de l’ouvrage

Depuis 2014 - Mise en œuvre de mesures d’exploitation plus sévères :

Interdiction PL à +10 degrés, et interdiction aux VL à zéro degré

Mise sous surveillance des températures pour gérer en temps réel

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III Description du pont

• Pont à 4 travées suspendues

• Longueur totale portée : 344 m entre culées

• Travées de rive : 2 x 94 m(rive droite anciennement navigable)

• Travées courantes 2 x 78 m (sur les îles)

• 76 câbles/64 tirants/240 étriers/136 suspentes

• Chaussée 5,50 m

• 2 trottoirs de 0,75 m interrompus au droit des pylônes

Le premier pont suspendu de Chatillon-sur-Loire dont il subsiste une partie des fondations a été construit en 1841.

L’ouvrage actuel a fait l’objet d’inspections régulières et de travaux depuis sa reconstruction en 1951. Ces travaux avaient nécessité la réutilisation d’aciers de charpente et de câbles d’anciens ponts démolis pendant la Seconde Guerre Mondiale.

Rappel des opérations marquantes réalisées depuis 30 ans :

• 1984 Remplacement de deux câbles

• 1992 Réfection de l’étanchéité du tablier et de la couche de roulement

• 1997 Réfection de la protection anti-corrosion

• 1998 Confortement des fondations

• 2002 Équilibrage de la suspension

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IV - historique depuis la reconstruction

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V -1 Mesures d’exploitation – Communication

Une déviation contraignante

• 2 portiques de gabarit installés aux extrémités de l’ouvrage avec portique de pré signalisation (PL)

• Des panneaux à message variable aux points singuliers de la déviation

• De nombreux communiqués de presse

• Les sites « Internet » du Département avec abonnement facilité

• Les sites « Internet » des communes concernées, leurs panneaux à messages variables, les affichages

• 1 barrière levante aux extrémités du pont, gérée par clé, par les équipes de l’agence territoriale sur décision de la Direction (déviation VL à zéro degré).

En période hivernale 3 décisions sont prises :

les lundis matins

en milieu de semaine

les vendredis matin

Les données prévisionnelles de Météo France sont comparéesaux températures fournies par le dispositif de surveillance active

Exemple de données fournies par les capteurs de températures

Site « Internet » loiret.fr

Ouverture/fermeture du pontJanvier 2015

(N. B :L’hiver 2014/2015 a été très doux)

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V -2 LA DÉVIATION

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V -3 SYNTHÈSE DES ÉTUDES DE 2014

Les barres sont constituées d’acier fragile :

1) Les étriers en tête des pylônes, (câbles de tête et câbles porteurs)

2) Les barres d’ancrage (massifs émergeants, pas de chambre d’ancrage)

3) Les suspentes

• Cette très grande fragilité est aggravée par temps froid

• Certains câbles sont anormalement désalignés (dysfonctionnement notoire)

• Des foyers de corrosion interne sont détectés dans les câbles

• La charpente est partiellement endommagée par la corrosion

• Les chariots de dilatation en tête des pylônes sont quasiment bloqués et entraînentdes contraintes anormales dans les pylônes

• Ouvrage à réhabiliter même en cas de diminution des charges d’exploitationex : réutilisation pour déplacements doux (poids propre = 70% des efforts)

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VI - PERSPECTIVES DE RÉHABILITATION/RECONSTRUCTION

1 - Les mesures de confortement immédiates

Remplacement d’étriers et réalignement de câbles (photo ci-dessous)

Des contraintes anormales agissent sur le fonctionnement général de l’ouvrage et notamment en tête des pylônes

Ces travaux seront réalisés de juillet à août 2015 pour corriger le dysfonctionnement de la suspension. La cause de ce problème doit être recherchée (plasticité d’un étrier, rupture ou déformation d’un élément, problème de réglage …)

Désalignement entre câble et étriers (épingles)

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• Sondages en cours dans le lit de la Loire et sur les îles, profondeur 20 ml

• Sondages depuis le tablier du pont, profondeur 30 ml pour évaluer les caractéristiques des maçonneries et le sol sous-jacent

• Bathymétrie de la Loire dans le périmètre du pont et de ses dépendances(permet de dresser un profil du lit des différents bras de la Loire)

Sondage en LoireLa reconnaissance du sol de fondation est engagée depuis le mois d’octobre dans le lit de la Loire, et est réalisée depuis novembre 2014 sur le tablier

Cette étude géotechnique est un élément essentiel au dimensionnement des fondations d’un nouvel ouvrage potentiel, et pour évaluer la qualité des fondations de l’ouvrage existant


2 - Les investigations complémentaires

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3- Les études nécessaires à la reconstruction

Etudes sur le milieu environnantLes études nécessaires à la définition d’un nouvel ouvrage ou sa réhabilitationsont en cours :

• Diagnostic Faune-Flore-Habitat, sur le périmètre élargi de la Loire et de ses abordsÉtat initial des espèces animales et végétales,terrestres et aquatiques

• Mise en place d’un dispositif de surveillance active des températuresavec dispositif d’alerte pour enregistrer les données météorologiques constatées au droit du pont

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VII - PERSPECTIVES DE RÉHABILITATION/RECONSTRUCTION

LES SOLUTIONS POSSIBLES

2015 - Le Département engage les procédures permettant lelancement d’un concours de Conception/Réalisation

1. Réhabilitation de l’ancien ouvrageCoût de la réhabilitation 25 M€ avec une fonctionnalité limitéePont provisoire de 5 M€ soit un coût de l’opération de 30 M€Pour réhabiliter les ponts suspendus frappés de « rupture fragile », la grande difficulté réside dans l’utilisation de nombreux matériels de transfert se substituant à la suspension. La rupture fragile concerne également les barres d’ancrage qui pour notre ouvrage, émergent directement de massifs béton aériens, obstacle supplémentaire au transfert de charge (pas de chambre d’ancrage).

2. Reconstruction d’un ouvrage moderne - Deux solutions possibles :

a) Démolition du pont et construction d’un nouveau pontCet ouvrage supporte un tablier permettant l’accueil de tous les modes de déplacementCoût modéré 17 M€ dont 3,5 M€ pour la déconstructionPont provisoire de 5 M€ soit un coût de l’opération de 22 M€

b) Construction d’un pont à l’aval et maintien du pont existant durantles travaux (périmètre classé juste en amont)Cet ouvrage supporte un tablier moderne compatible avec tous les modes de déplacementPas de pont provisoireCoût de l’opération de 18.5 M€ dont 3,5 M€ pour la déconstruction

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VIII - CONCLUSIONS

1. LE CONSTAT – LES RISQUES- Très grande fragilité de l’ouvrage- Risque d’effondrement

2. LES MESURES D’EXPLOITATION- Fermeture du pont aux PL par températures inférieures à 10°C- Fermeture aux VL par températures négatives

3. LES PERSPECTIVES DE RÉTABLISSEMENT DU PONT

Construction d’un ouvrage à l’aval et maintien pont existant durant les travauxCoût : 18.5 M€

PROJET D’UN NOUVEL OUVRAGE À L’AVAL DE L’EXISTANT

Site classé, en limitede l’ouvrage existant

Chatillon-sur-Loire

Site classé, en limitede l’ouvrage existant

Différents ouvrages type :

• Pont mixte acier-béton bipoutre à 8 travées

• Pont mixte acier-béton bipoutre à 6 travées

• Pont en béton précontraint

• Pont à haubans

Documents

Le cas du pont de Chatillon-Sur-loire