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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 GENEREUX Grégory MARCHAND Pierre GOMES Fernanda TOUTLEMONDE François Présentation du projet Orthoplus JOA 2012 Sourdun Sourdun Mercredi 9 et Jeudi 10 mai Mercredi 9 et Jeudi 10 mai

Présentation du projet orthoplus

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Page 1: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

GENEREUX GrégoryMARCHAND PierreGOMES FernandaTOUTLEMONDE François

Présentation du projet OrthoplusJOA 2012

SourdunSourdunMercredi 9 et Jeudi 10 maiMercredi 9 et Jeudi 10 mai

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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Sommaire

• Présentation générale du projet• Problématique• Méthodologie• Essais réalisés à l’IFSTTAR

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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Présentation générale

• ORTHOPLUS = Ingénierie avancée des dalles orthotropes et de leur revêtement

• Projet ANR, Lauréat de l’appel à projets RGCU 2006• Associé au pôle de compétitivité « Ville et Mobilité

Durable » (Ile-de-France)• Période : Avril 2007 – Avril 2011

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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Présentation générale

• Le groupement : 7 partenaires

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Problématique

Domaine d’emploi des dalles orthotropes :

•Grandes et très grandes portées•Ponts mobiles

Emploi des dalles orthotropes

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Problématique

• Intérêt de la dalle orthotrope :– Réduction du poids propre du tablier

• Contrepartie :– Ouvrages sensibles à la fatigue

Dispositions constructives réputées sûres(continuité

des augets, épaisseur de platelage)

Emploi des dalles orthotropes

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Problématique

Sur pièces de pontEntre pièces de pont

EN 1993-2 : Catégorie de détail seulement pour la fissure 1

Recommandations mises en pratique (Annexe C, EN 1993-2) :

t >14 mm pour une couche d’asphalte > 70 mm

t > 16 mm pour une couche d’asphalte > 40 mm

Fatigue et dimensionnement

Page 8: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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ProblématiqueFatigue et dimensionnement

Questions soulevées lors de récents projets :

Utilisation de revêtements ultra-minces (épaisseur inférieure à

10 mm) ?

Estimation de la durée de vie d’un ouvrage à

dalle

orthotrope ?

Eléments de réponse dans les recherches récentes :

Participation du revêtement à

la résistance mécanique

Catégories de détails évaluées expérimentalement (Kohlstein, 2007)

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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ProblématiqueObjectifs du projet

Objectifs du projet

Quantifier l’apport du revêtement en termes de résistance mécanique

Développer une conception intégrée du couple «

platelage+revêtement

»

-> outils théoriques,

méthodologiques et réglementaires

Développer une solution avec un revêtement en Béton Fibré

Ultra-Performant (BFUP)

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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Méthodologie

Travaux bibliographiquescalcul en fatigue, étude des pathologies et méthodes de réparation, étude des revêtements

Sur ouvrages réels

En laboratoire : éprouvettes de flexion 5 points,

push-out, etc.

En laboratoire : éprouvettes 2400x4000

Programme expérimentalCaractérisation des

revêtements, des connecteurs

Comportement mécanique du complexe (platelage+revêtement)

Modèles numériques EF fins

Modèles numériques EF simplifiés

Application pour le dimensionnement des dalles orthotropes

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Présentation des essais IFSTTAR

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Dimensionnement des corps d’épreuve

• Au départ, modèle simplifié avec connexion parfaite 35 mm de BFUP peut se substituer à 70 mm de béton

bitumineuxChoix de 35 mm de BFUP également en raison des limites

technologiques• Expérience Néerlandaise : 60 mm de BUHP avec 3 lits

de barres, surface en époxy gravillonné• Objectifs : allègement, réduction épaisseur tôle,

meilleure durabilité

Page 13: Présentation du projet orthoplus

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Corps d’épreuve

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

4 types de corps d’épreuve

Tôle 14 nue

Tôle 14 + Béton bitumineux

Tôle 10 + BFUP

Tôle 12 + BFUP

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Connexions choisies pour BFUP

• Goujons Nelson

Page 16: Présentation du projet orthoplus

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Connexions choisies pour BFUP

• Treillis soudé sur la tôle supérieure

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Corps d’épreuve avec revêtement béton bitumineux

Page 18: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Mise en place BFUP

• Corps d’épreuve avec BFUP :– Choix du coulé en place– Optimisation industrielle non abordée– Protection pour éviter retrait plastique due à une dessication

précoce

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Montage expérimental

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Chargement plaque(s) ou roue(s)

• Plaque simple ou double (charges de fatigue n°2 de EN1991-2)

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Chargement plaque(s)

Charge A : 220x320 mm

45 kN(val EC1, fat)-> 150 kN *

Charge C :270x320 mm

60 kN(val EC1, fat)-> 150 kN *

Charge B :2 charges A espacées de 100 mm

95 kN(val EC1, fat)-> 300 kN *

* : Eurocode 1 charge caractéristique moins concentrée (400x400mm)

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Chargement roue(s)

• Roue simple ou double (surface de contact mesurée par l’empreinte)

Page 23: Présentation du projet orthoplus

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Chargement roue(s)

Roue simple : ≈280x260 mm

-> 45 kN

Roue double Espacement 100 mm

-> 90 kN

Page 24: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Chargement cyclique

• 100.106 roues ou charges de fatigue à 45 kN pendant la durée de vie de l’ouvrage (100 ans)

• 2.106 roues ou charges de fatigue à 111 kN

charge fréquente≈

0,7 x charge caractéristique

(150 kN) mais surface chargée plus faible

Page 25: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Instrumentation

Capteurs flèche Jauges de déformation

Page 26: Présentation du projet orthoplus

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Instrumentation

Platelage

Auget

Détail étudiée

Page 27: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Mesure des amplitudes de variation de contrainte

• Extrapolation en pied du cordon de soudure à partir des jauges situées à proximité

Méthode CECA : Jauges à 15 et 30 mm

Méthode IIS : Jauges à 0,4t et t

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Autopsie des corps d’épreuve

Page 29: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des flèches sur différents corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Flêche sous chargt Plaque A - 45 kN

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

00 500 1000 1500 2000 2500

distance sur axe transversal AA' (mm)

flêch

e (m

m)

T14 nue sans trouT14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des flèches sur différents corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Flêche sous chargt Plaque A - 45 kN

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

00 500 1000 1500 2000 2500

distance sur axe transversal AA' (mm)

flêch

e (m

m)

T14 nue sans trouT14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

Page 31: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des flèches sur différents corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Flêche sous chargt Plaque A - 45 kN

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

00 500 1000 1500 2000 2500

distance sur axe transversal AA' (mm)

flêch

e (m

m)

T14 nue sans trouT14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

Page 32: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des flèches sur différents corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Flêche sous chargt Plaque A - 45 kN

-1,8

-1,6

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

00 500 1000 1500 2000 2500

distance sur axe transversal AA' (mm)

flêch

e (m

m)

T14 nue sans trouT14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des déformations sur les corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Déformation sous chargt Plaque A - 45 kN

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400

distance sur axe transversal AA' (mm)

défo

rmat

ion

( m

/m) T14 nue sans trou

T14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des déformations sur les corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Déformation sous chargt Plaque A - 45 kN

-400

-300

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-100

0

100

200

300

400

500

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1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400

distance sur axe transversal AA' (mm)

défo

rmat

ion

( m

/m) T14 nue sans trou

T14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des déformations sur les corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Déformation sous chargt Plaque A - 45 kN

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

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1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400

distance sur axe transversal AA' (mm)

défo

rmat

ion

( m

/m) T14 nue sans trou

T14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

Page 36: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Comparaison des déformations sur les corps d’épreuve (chgt statique à 20°C)

Déformation sous chargt Plaque A - 45 kN

-400

-300

-200

-100

0

100

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300

400

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600

1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400

distance sur axe transversal AA' (mm)

défo

rmat

ion

( m

/m) T14 nue sans trou

T14 nue avec trouT14 + BBT10 + BFUP treill - débutT10 + BFUP treill - finT12 + BFUP gouj - débutT12 + BFUP gouj - fin

Page 37: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Quantification rigidité apportée par le revêtement

• Utilisation résultats d’un modèle Eléments finis (développé par L. Dieng) avec tôle nue de même épaisseur (10, 12 ou 14 mm), validé avec l’essai sur tôle 14 mm nue pour quantifier l’apport des revêtements BFUP car les tôles nues de même épaisseur n’ont pas été testées

Béton bitumineux

BFUP treillis – tôle 10 mm

BFUP goujons – tôle 12 mm

Réduction flèche

8% 46% / 51% * 44% / 49% *

* Prise en compte sous-estimation du modèle EF

Page 38: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Quantification rigidité apportée par le revêtement

Béton bitumineux

BFUP treillis – tôle 10 mm

BFUP goujons – tôle 12 mm

Réduction P 30 à 50% 56% / 60% * 64% / 67% *

Réduction A 8 à 30% 36% / 52% * 33% / 51% *

* Prise en compte sous-estimation du modèle EF

Page 39: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Phénomènes observés tôle + BB

• Effet de diffusion de la charge apporté par le revêtement BB -> diminution des flèches et des contraintes

• Diminution de cet effet de diffusion au cours des essais car orniérage progressif (application d’une charge très forte toujours au même endroit) !

• Calage modèle tôle nue, OK en référence

Page 40: Présentation du projet orthoplus

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Phénomènes observés tôle + BFUP

• Comportements des revêtements BFUP– Connexion imparfaite sur les deux corps d’épreuve (goujons ou

treillis soudé). Glissement relatif BFUP tôle métallique entre connecteurs (vu sur les mesures de flèche et mesure de déformation)

– Conséquence : fissuration fibre inférieure revêtement BFUP sous charges caractéristiques concentrées

• évolution au cours des essais statiques, mais stabilité pendant les essais de fatigue

• => 2 non linéarités à prendre en compte• Calcul en inertie fissurée et glissement relatif à prendre en compte

pour être sécuritaire• Néanmoins

nettement réduit et

statique ≈

cyclique

Page 41: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Evaluation des durées de vie

• Utilisation des classes de détail EN1993-1-9 classes de détail proposés par Kolstein et courbes de Wöhler

• Taux de contrainte maxi pour 2.106 cycles

p limite A limite

Classe détail EC3 1-9 100 MPa 71 MPa

Classe détail Kolstein 125 MPa 90 MPa

Page 42: Présentation du projet orthoplus

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Contraintes extrapolées

• Sous chargement plaque A – 45 kN (valeur moyennée entre augets 2 et 3)

P A

Tôle nue 14 mm 53 MPa 67 MPa

Tôle 14 mm + BB 37 MPa 53 MPa

Tôle 10 mm + BFUP (treillis) 43 MPa 41 MPa

Tôle 12 mm + BFUP (goujons) 22 MPa 33 MPa

Classe détail EC2 1-9 100 MPa 71 MPa

Classe détail Kolstein 125 MPa 90 MPa

Page 43: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Estimation des durées de vie

• Résultat établi à partir du modèle de charge de trafic numéro 4 de l’EC3 1-9 avec trafic longues distances

• Simplification répartition transversale, la moitié des roues passent à l’axe entre deux augets

Page 44: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Estimation des durées de vie

• Tableau établi en utilisant les classes de détail de Kolstein.• Tableau établi à partir des mesures expérimentales après

extrapolation• Résultats sévères pour la tôle 14 + BB (orniérage)

Evaluation de la durée de vie sous un trafic longue distance (modèle 4 EC3 1-9)

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

Tôle nue 14 Tôle 14 + BB Tôle 12 + BFUP (goujons) Tôle 10 + BFUP (treillis)

Dur

ée d

e vi

e

sigma-Psigma-A

>120 ans >120 ans>120 ans>120 ans

1,9 3,9

45,8

Page 45: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Conclusion sur le revêtement BB

• Effet de diffusion de la charge apporté par le revêtement BB (effet décroissant durant l’essai en raison d’un orniérage)– Réduction de la flèche– Réduction des contraintes de fatigue– Allongement de la durée de vie

• Toutefois :– Participation dépendante de la Température– Entretien nécessaire–

reste faiblement diminué

Page 46: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Conclusion sur les revêtements BFUP

• Apport revêtement BFUP/ tôle d’épaisseur équivalent seule– Diminution de 45% des flèches– Diminution de 55% à 60% des contraintes de fatigue sur

platelage– Diminution comprise entre 30 et 50% des contraintes de

fatigue sur auget– Test fatigue 2 millions de cycles sans évolution du

comportement• Connexion partielle, modélisation à poursuivre pour

– Calibrer et justifier le gain sur – Justifier la non évolutivité sous charge cyclique– Contrôler la micro-fissuration sous ELS caractéristique– Proposer une méthode de dimensionnement simplifié pour

les cas pratiques

Page 47: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Remerciements

• Tous les partenaires du projet• Coordinateurs du projet :

– Emilie Luankhot (Sétra puis Arcadis)– Christian Tessier (IFSTTAR)

• L’équipe technique de la dalle d’essais, en particulier :– Céline Bazin– Joël Billo– Marc Estivin– Romain Lapeyrere– Ludovic Lauvin– Cyril Massotte– Jean-Claude Renaud

• Calcul aux éléments finis– Lamine Dieng (IFSTTAR)

Page 48: Présentation du projet orthoplus

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

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