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Conception des réparations structurales et des renforcements des ouvrages d’art12 octobre 20161

Le guide Conception des réparations structurales et des renforcements des OA

Conception des réparations structurales et des renforcements des ouvrages d’art

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Le contexte

Quels textes appliquer pour un ouvrage existant ?

Corpus technique français très peu développé : peu de textes réglementaires, quelques guides techniques

Le contexte


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Le contexte

Les Eurocodes pour ouvrages neufs

En général, ils ne concernent que les ouvrages neufs

· Exemple : "Eurocode 1-2 – Actions sur les structures – Actions sur les ponts dues au trafic".

Section 1 – Généralités : Paragraphe 1.1 Domaine d’application« (2) Les charges d’exploitation définies dans l’EN 1991-2 sont destinées à être utilisées pour le calcul des ponts neufs, piles, culées, murs garde-grève, murs en ailes et en retour, etc., ainsi que de leurs fondations


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Le contexte

Les Eurocodes pour ouvrages neufs

"Eurocode 0 - Eurocodes structuraux – Bases de calcul des structures".

page 8 : paragraphe 1.1 "Domaine d'application"(4) L'EN1990 est applicable pour l'évaluation structurale de constructions existantes, en vue de projeter des réparations et des modifications ou d'étudier des changements d'utilisation.NOTE : des dispositions additionnelles ou modifiées pourront se révéler nécessaires selon le cas.

· "Eurocode 8 - Calcul des structures pour leur résistance aux séismes – Partie 3 : évaluation et renforcement des bâtiments".

Démarrage des travaux imminents pour un Eurocode 8-3 « ponts ».


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Le contexte


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Le contexte


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Le contexte


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Le contexte

Mise au point d'un corpus technique en cours

- Note d'information n°35 « Méthodes courantes d’évaluation structurale des ouvrages existants - Pratiques en vigueur dans le RST » Sétra – Mai 2012

- Guide méthodologique « Maîtrise des risques - Application aux ouvrages existants » Sétra – Janvier 2013

- Guide méthodologique « Résistance à l'incendie - Évaluation des ponts routiers » Cerema – A paraître

- Guide méthodologique « Diagnostic et renforcement sismiques des ponts existants » Cerema – A paraître

- Rapport d’études « Méthodes avancées pour le recalcul des ponts - Ajustement des coefficients partiels» Cerema – 2015

- Guide méthodologique « Guide pour l’évaluation structurale et la réparation des VIPP » Cerema – A paraître


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– Recueil des pratiques du Ministère

– Son ambition : fournir des indications aux projeteurs sur la conception et la justification par le calcul de ces réparations/renforcements


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GT : membres des CETE/Sétra devenu Cerema et des DIR


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Ce guide (175 pages + annexe électroniques) :

• présente la démarche d’élaboration du projet• traite du calcul et de la modélisation• propose des adaptations des règlements et règles de

l’art utilisés pour le calcul des OA neufs• propose des réponses aux questions récurrentes :

– quel règlement de calcul, quel règlement de charge?– quels coefficients de sécurité?– quelles caractéristiques pour les matériaux?– comment tenir compte des pathologies observées?– comment prendre en compte la connaissance de l’existant?


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Le sommaire

– La démarche générale d’élaboration du projet de réparation

– Les principes généraux des calculs– Conception des réparations et renforcements des

ouvrages en béton– Conception des réparations et renforcements des

ouvrages métalliques et mixtes– Annexe 1 – Bibliographie– Annexe 2 – Autres documents relatifs à la réparation


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Le sommaireAnnexe 3 – Liste prévisionnelle des annexes électroniques(Sur le site pile)

Annexe A : Evolution des règlements et des matériau xA.1 Evolution des règles de charges des ponts routesA.2 Evolution des règlements des ponts en béton armé ou précontraintA.3 Evolution des règlements des ponts métalliques ou mixtesA.4 Evolution des matériaux et de certains procédésA.5 Evolution des caractéristiques des aciers de construction métalliqueA.6 Evolution des armatures de béton arméA.7 Evolution des armatures et procédés de précontrainteA.8 Valeurs indicatives des coefficients de relaxation des anciens câbles de précontrainte

Annexe B : Fiches d’exemples de réparation ou de re nforcementDiverses fiches relatives aux différents types de réparation et de renforcement.

Annexe C : Exemples de calculs de dimensionnementDiverses fiches relatives aux calculs de réparation et de renforcement.


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L’élaboration du projetLa démarche, les acteurs, le processus

� Le rôle central de la maîtrise d’ouvrage en phase amont

� Le gestionnaire et l’exploitation

� Le rôle de l’assistant, des experts

� Les différences étapes en amont du projet

•Les diagnostics, in-situ et structuraux

•Le bilan patrimonial

•Gestion des situations transitoires

•Objectifs et scénarios

•Mise au point du programme validé par MOA


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L’élaboration du projetLogigramme (cas général d’une MOE externalisée)


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Les principes des calculs

Application des Eurocodes*, car ils intègrent les dernières connaissances scientifiques, mais avec des aménagement possibles pour autant que l’ordre de grandeur du niveau de sécurité structurale soit conservé

* et notamment l’Eurocode 1 le plus représentatif des charges de trafic actuelles mais :

� Règles calibrées sur la base de trafics autoroutiers avec un fort trafic Poids Lourds

� Pour des trafics PL faibles, une vérification avec le titre II du fascicule 61 du CPC est envisageable => conclusion au cas par cas


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Les principes des calculs● La sécurité des personnes doit être assurée en toute circonstance

=> justification à l’ELU

● L’ELS vise des objectifs de confort et de durabilité => des arbitrages sont possibles

● Prendre en compte toute la connaissance que l’on a de l’ouvrage (aléas supportés, géométrie, nature et qualité des matériaux, durée d’usage résiduelle, incertitudes des modèles de justification...)=> investigations, mesures, instrumentations, etc.)

● Attention aux cas des ouvrages fragiles


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Principes en phase avec:– L’Eurocode 0 – Bases de calcul des structures.

page 8 : paragraphe 1.1 "Domaine d'application"(4) L'EN1990 est applicable pour l'évaluation structurale de constructions

existantes, en vue de projeter des réparations et des modifications ou d'étudier des changements d'utilisation.

NOTE : des dispositions additionnelles ou modifiées pourront se révéler nécessaires selon le cas.

– Les principes de la norme ISO 13822 : 2010 « Bases du calcul des structures - Évaluation des structures existantes »

– Les principes retenus dans les premières réflexions de l'Eurocode sur les structures existantes en cours d'élaboration.


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Exemples d’aménagements:– La meilleure connaissance qu'il est possible d'avoir du poids

propre de l'ouvrage peut permettre d'abaisser le coefficient partiel relatif aux charges permanentes à l'ELU (1,35=>1,2) sans pour autant porter atteinte au niveau de fiabilité

– Les réserves de capacité portante identifiées lors de l'évaluation structurale peuvent être en règle générale conservées dans le projet de réparation (raffinement des modèles de calculs, prise en compte de la participation d'éléments généralement négligés)

– Critère de maîtrise de la fissuration des OA en béton à examiner au cas par cas en fonction de l’état réel de fissuration, de la durée d’usage, des possibilité d’utiliser un produit de protection,...


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Exemples d’aménagements:

– Caractéristiques des matériaux déduites du dossier d’ouvrage pour les ouvrages modernes (depuis les années soixante). Pour les ouvrages plus anciens, prélèvements souhaitables

– Possibilité de retenir un taux de travail pour les matériaux plus important que celui pris en compte lors de la conception (par exemple, dans le règlement de béton armé de 1934, le taux de travail des aciers doux était limité à 13 ou 14 kg/mm2 et celui du béton limité à 0,28 N90)


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Exemples d’aménagements:

– Mais il est aussi parfois nécessaire de réduire les caractéristiques mécaniques des matériaux par rapport à celles prises en compte lors de la conception (par exemple, la corrosion a pour effet de réduire le palier plastique des armatures avant rupture)

– Voire de tenir compte de l’influence des désordres sur le fonctionnement de la structure (par exemple l’importance de la fissuration peut entraîner une redistribution d’efforts du fait d’une perte de rigidité de la structure)


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Ouvrages en béton:

– Généralités - Application du principe des états limites – Conception des réparations et renforcements par ajout

de béton– Conception des réparations et renforcements par ajout

ou remplacement d'aciers passifs– Conception des réparations et renforcements par

matériaux composites collés– Conception des réparations et renforcements par

précontrainte additionnelle


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OA en béton : application des ELUtilisation des Eurocodes et notamment de l’EC2 (dont les prescriptions sont assez proches des pratiques antérieures).

« Le niveau d’aptitude au service de l’OA, s’il doit rester satisfaisant peut demeurer inférieur à celui d’un OA neuf »

Choix du MOA après études et considérations socio économiques


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Ouvrages métalliques et mixtes:

– Généralités - Application du principe des états limites

– Réparations et renforcements structurels des ouvrages métalliques et mixtes

• Le choix de la technique d'assemblage• Les transferts de charge, les reprises provisoires d'efforts• Réparations et renforcements par ajout de matière• Remplacement d'éléments• Amélioration vis à vis de la fatigue• Réparations liées à des chocs sur semelle inférieure


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OA métalliques : application des EL

– Justification des structures aux Eurocodes 3 et 4

– Les Eurocodes s’appuient sur les caractéristiques de ductilité des aciers modernes. Pour un OA existant, s’assurer de la capacité de plastification effective de la section;

=> on peut considérer ces exigences acquises pour les aciers de charpente depuis 1960; avant, expertise des caractéristiques des matériaux en place nécessaire


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– Vérification des sections● Plastification possible en classe 1 ou 2● Plastification non recommandée pour :

● les structures antérieures à 1960● les poutres assemblées par rivetage et boulonnage● les structures fortement corrodées

● Justification élastique sinon

– Le critère de vérification de la résistance des éléments aux instabilités est plus sévère que celui des règlements antérieurs => utiliser des méthodes plus précises visées par l’Eurocode pour le calcul de la contrainte critique de flambement ou calcul au second ordre


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– Coefficients partiels sur la charpente le guide propose des adaptations

Aciers modernes (agrément CIPACAS ou marquage NF) :– γM0 = 1 – γM1 = 1,1 (valeurs Eurocodes)– γM2 = 1,25

Aciers avant 1960 :– γM0 = 1,1 – γM1 = 1,15– γM2 = 1,35


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ConclusionL’ingénierie des ouvrages existants représente un enjeu majeur pour les années à venir. En attendant un Eurocode dédié à l’évaluation structurale et la réparation, projeteurs et maîtres d’ouvrages pourront utilement s’appuyer sur ce guide pour concevoir une réparation ou un renforcement.

A noter que ce document, dédié à la justification des réparation et renforcements, s’inscrit dans le prolongement de la note d’information n°35 du Sétra « Méthodes courantes d’évaluation structurales des ouvrages existants ».

Plus détaillé, il peut également être utilisé dans le cadre d’une évaluation en complément de la note.

Merci de votre attention

Et bonne lecture

Jean-Christophe Carlès

Responsable de la Division Ouvrages d'Art

Cerema Méditerranée

04 42 24 76 86

[email protected]

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Documents

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