Service d'études sur les transports, les routes et leurs ... · des Techniques d'Ouvrages d'Art ... , la Division Ouvrages d’Art du Cete ... l’ouvrage au cours des dernières

Sétra Service d'études

sur les transports,

les routes et leurs

aménagements

n° 61 - juillet 2009

Ouvrages d'art

Ouvrages d'artN°61juillet2009 �

Travaux de mise en sécurité du pont Charles de Gaulle à Besançon

ChristopheAubagnac,HervéCannard,ArnoldBalliere,SébastienBouteille,PascalGudefin,L.Genty ☛P.2

Diagnostic et renforcement sismiques du viaduc de Caronte à Martigues

AurélieVivier,PascalCharles,DenisDavi,JacquesResplendino

☛P.13

Analyse des risques appliquée aux buses métalliques

Jean-ClaudeHippolyte,JacquesBillon

☛P.26

Stages ☛ P.34

Les dernières publications Ouvrages d'art ☛P.35

SOMMAIREBulletin du Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art

Directeur de la publication : Philippe Redoulez. Comité de rédaction : Thierry Kretz, Emmanuel Bouchon, Angel-Luis Millan, Gilles Lacoste(Sétra),

Pierre Paillusseau (Cete du Sud-Ouest), Jean-Christophe Carles (Cete Méditerranée), Bruno Godart(Lcpc), Benoit Portier (Dre Paca/Smo), Jean-Loup

Castellan (Dirco/Spt/Boa). Rédacteur en chef : Nicole Cohen (Sétra) - tél : 01 46 11 31 97. Conception graphique et réalisation : Eric Rillardon (Sétra) -

tél : 0146113342. Impression :Caractère. 2, rueMonge -BP224-15002AurillacCedex - ISSN : 1266-166X - ISBN : 978-2-11-095828-0©Sétra - 2009

� Ouvrages d'artN°61juillet2009


Christophe Aubagnac, Hervé Cannard, Arnold Balliere, Sébastien Bouteille, Pascal Gudefin,L.Genty

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Le présent article concerne les travaux de mise en sécurité du pont Charles de Gaulle à Besançon. Les travaux ont consisté à renforcer les âmes du tablier de la travée centrale de l’ouvrage principal par des bandes de tissus de fibres de carbone. Un renforcement général de l’ouvrage principal par précontrainte extérieure additionnelle est ensuite envisagé, celui-ci devant prendre en compte les contraintes d’un projet de Transport en Commun en Site Propre, de la ville de Besançon.Le diagnostic de l’ouvrage, qui a débuté en 1991 par une première inspection détaillée, le recalcul complet, ainsi que le projet de renforcement ont été réalisés par le Cete de Lyon (Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées d’Autun et Division Ouvrages d’Art). Les travaux de renforcement par tissus de fibres de carbone ont été réalisés fin 2007, début 2008 par l’entreprise Freyssinet (procédé Tfc). Ces travaux ont été suivis au titre du contrôle extérieur par le Cete de Lyon, qui a pu apporter son expertise notamment : lors de choix techniques modifiant les éléments initiaux du marché, lors des épreuves de convenance ou encore par l’apport de la thermographie infra-rouge, pour détecter les défauts de collage des tissus de fibres de carbone.



Présentation de l’ouvrage

GéréparlavilledeBesançon,lepontCharlesdeGaullepermetlefranchissementduDoubsàBesançon.Ilestconstituéde3ouvragesindépendants:2ouvragesd’accèsetunouvrageprincipal.Le tablier de l’ouvrage principal est constitué d’unbi-caisson en béton précontraint construit parencorbellementssuccessifsen1965.

Lescaractéristiquesdutablierdel’ouvrageprincipalsontlessuivantes:

3 travées continues de portées : 29 m, 54 m et29m;•

largeur totale de 21 m pour une largeur utile de16m;

circulationdetype2x2voiesenpositioncentrale;hauteurvariable:2,60msurpileset1,115màla

clé.Le câblage (précontrainte intérieure au béton) estclassiquepourl'époque:câblagedefléauredescendantdans les âmes des caissons et câblage de continuitédisposédanslehourdisinférieur.Principe de désignation des voussoirs : «D» (côtétravée centrale) ou «R» (côté travée de rive),numérotationde0(voussoirsurpile)à7(côtéclavagecentral).

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Figure 1 : coupe longitudinale

Figure 2 : coupe transversale


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NS Pathologie, auscultation, diagnostic de l’ouvrage

Inspections détaillées

Lesinspectionsdétailléesdel’ouvrageréaliséesparleLaboratoireRégionaldesPontsetChausséesd’Autunen1991,1996et2003ontmisenévidence:

unefissuration longitudinale duhourdis inférieur(emax=1mm);•

une fissuration transversale du hourdis inférieurderrièrelesancragesdescâbleséclisseslespluslongsaudroitdujointentrelesvoussoirsD2etD3(environau¼delatravéecentrale)(ouverturemillimétrique);

unefissurationbiaiseduhourdisinférieur(en«arêtesdepoisson»)desvoussoirsD3àD6ducaissonaval(côtérivegauche)etdesvoussoirsD3etD4ducaissonamont(côtésrivesgaucheetdroite),quiseprolongedanslesgoussetsinférieursetsurlesâmes(fissurationessentiellementvisibleàl’intérieurdescaissons).

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Figure 3 : pont Charles de Gaule à Besançon sur le Doubs (25) – Relevé des désordres sur face extérieure – Caisson aval - Travée centrale

Figure 4 : pont Charles de Gaule à Besançon sur le Doubs (25) – Zoom sur caisson aval – Travée centrale - Côté



Épreuve de chargement et suivi métrologique

En1995,desmesuresdesouffleontétéréaliséessurlejointentrevoussoirsD2etD3desdeuxcaissonsdutablier,aupassaged’unconvoisurl’ouvrageprincipal.Uneouvertureanormaledes jointsaétéenregistréepourlesdeuxcaissons.Cetteanomalieétantplusgravesurlecaissonaval(enparticulierpoursapartieamont)avecleconstatd’unjointcomplètementdécomprimésouslepassagede4camionsde26tonnes(avecdesvariationsd’ouverturetotalede150microns).

En1996,lejointincriminéducaissonavalaétééquipédecapteursdedéplacementetde température.Desenregistrementsréguliersontpermisunsuividecettezonepathologique.Lesmesuressontapparuestrèsdisperséesetsecorrélantmalaveclesgradientsthermiquesverticaux(écartsdeprès de 250 microns pour une même température:influence possible du trafic sur les mesures, d’ungradientthermiquetransversal...).

ÀlademandedelavilledeBesançon,unbilandusuivimétrologiqueaétéréaliséendécembre2006.D’unemanièregénérale,onaconstatépeud’évolutionsur l’amplitudedusouffleentre1996et2005.Seullecapteursituéducôtéamontduhourdisinférieuraconnuuneévolutionsensibleentre1996et2001delavariationdusouffledanslesensdel’ouverture(+197microns),puispeud’évolutionentre2001et2005.Onaenoutrepuconstaterquelesvariationslesplusmarquées du souffle, comprises entre 600 et 700microns,neconstituaientpasdesphénomènesisolésmaisapparaissaientavecunecertainerépétitivité.

Gammagraphie

Uneradiographiegammadescâblesdeprécontraintea été réalisée en février 1996 par le LaboratoireRégionaldesPontsetChausséesdeLyon.Lescâblesde fléau situés dans les âmes ont montré une trèsmauvaisequalitédelaprotectionaucoulisdeciment,principalementpourletablieraval.Parcontre,aucuneanomalieflagrantetelledétensionourupturedefilsn’aétéconstatée.Lescâblesdecontinuiténeprésententpasdedéfautderemplissage.

Recalcul de l’ouvrage

L’ouvrage a été dimensionné conformément à lacirculairen°141du26octobre1953.Début 2000, la Division Ouvrages d’Art du CetedeLyonaprocédé au recalculdu tablier enflexionlongitudinaleaumoyendulogicielPcp.Lesfissurestransversalesconstatées(jointdevoussoirD2/D3)ontétéexpliquéesparleseffetsd’entraînementàl’arrièredesbossagesd’ancrage.

Suite à ce recalcul un principe de réparation a étéproposécomprenant:

un renforcement longitudinal par précontrainteextérieureentravéecentrale;

lamise enœuvred’uneprécontrainte transversaleaprèsinjectiondesfissureslongitudinalesetenarêtesdepoisson.

SuiteàlademandedelavilledeBesançondepréciserle niveau de sécurité actuel offert par l’ouvrage, laDoaaréaliséfin2006uncalculcomplémentairedediffusiondeprécontraintepourlesvoussoirsD3àD6ducaissonaval(côtérivegauche)portantàlafoissurlehourdis inférieur et les âmesd’épaisseur0,30m,aprèsrelevéprécisdel’inclinaisondesfissures.Onaalorspuconstaterque:

les contraintes de cisaillement obtenues dans lehourdis inférieur dépassaient légèrement, mais defaçonquasisystématiqueycomprisdansl’étatàvide,leslimitesproposéesparleBpel91révisé99;

lescontraintesdecisaillementdanslesâmesétaientégalementexcessivesdanslaquasi-totalitédescas;

la section d’armatures transversales assurant lacouture du hourdis inférieur était largement sous-dimensionnée et ce, quelque soit la combinaisonenvisagée:tauxdetravailthéoriquedecesacierspassifssupérieuràlalimiteélastique;

la sectiondes armaturesde couturedans les âmesétait également insuffisante (dépassement dès l’Elsquasi-permanentpour le voussoirD3,dépassementdèsl’ElsfréquentpourlesvoussoirsD4etD5).

Synthèse du diagnostic de l’ouvrage

Demanièregénérale, lescalculs locauxréaliséssontcohérentsparrapportàl’étatdefissurationconstatédans l’ouvrage et montrent une insuffisance trèsimportantedesaciersdecouturetantpourlehourdisinférieurquepour lesâmesdesvoussoirsD3àD6,enparticulierpourlevoussoirD3.

La fissure transversale du hourdis inférieur situéeentrelesvoussoirsD2etD3estliée,d’unepartàlanonpriseencomptedugradientthermique,seulcasdechargegénérantunmomentimportantdanscettezone,etd’autrepartà l’absencedecontinuitéde laprécontraintedans lehourdis inférieur : arrêtde latotalitédescâblesdeprécontraintedans levoussoirD3 (aucuncâbleprolongé jusqu’auxpiles en travéecentrale).

Les fissures en arête de poisson, typiques desphénomènes d’entraînement-diffusion des ancragesdeprécontrainte,ontétéinduitesparunefaiblesseduferraillageissuedurèglementdel’époquepourcequiconcerneleurnaissanceauniveauduhourdisinférieur.Leur propagation dans les âmes a été largementfavoriséeparundépassementdescontraintestangentes

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admissibles calculées selon le Bpel 91 révisé 99, etune insuffisance de ferraillage vis à vis de l’efforttranchant.

Lesfissures longitudinales sont liées auphénomènedepousséesauvide.

Ainsi, le peu d’évolution de l’état pathologique del’ouvrage au cours des dernières années ne peuts’expliquer que par son faible taux de sollicitationsrésultant d’un trafic modéré de véhicules légerset de bus (limitation de tonnage «officielle» à15tonnes).

La symétrie rivedroite - rivegauchedes remontéesdans les âmes des fissures inclinées entre 35 et 40°(jusqu’auhourdissupérieurpourl’intérieurducaissonaval en rive droite) pouvait cependant présenteravantlestravauxdemiseensécuritédel’ouvrage,unfonctionnementdetype«cantileverinversé»pourlazonesituéeentrelesvoussoirsD3delapartiecentrale(figures5et6).

Il a donc été fortement recommandé à la ville deBesançon:

demettreenœuvrerapidementunconfortementdepremièrephaseparcollagedematériauxcomposites,visantàcoudrelesâmesaudroitdeszonesfissurées(faisabilitévérifiée)figure7;

decompléteràmoyentermeparunrenforcementglobal par précontrainte longitudinale de la travéecentraleetparlamiseenœuvred’armaturespassivesouactivesdanslehourdisinférieuraudroitdeszonesfissurées.

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Figure 6 : rupture en « cantilever inversé »

Figure 5 : fissuration de la travée centrale

Projet de réparation pour une mise en sécurité de l’ouvrage

La décision d’exécuter une réparation de premièrephasepourunemiseensécuritédel’ouvragearésultédespointssuivants:

lediagnosticamontrélesous-dimensionnementdel’ouvrage,aveclacrainted’unerupturefragiledelatravéecentrale;

constatquelalimitationdetonnagede15tonnessurl’ouvragen’étaitpasrespectée(passagedebusdansles2sensdecirculation,2buspouvantsetrouverenmêmetempssurlatravéecentrale);

projetàmoyentermedeTransportenCommunenSitePropredelavilledeBesançondevantemprunterl’ouvrage,nepermettantpasd’étudierrapidementunesolutionderéparation-renforcementdéfinitive.

Le projet de confortement de première phase parcollage de matériaux composites prévoyait derenforcerles2zonessymétriquesfissuréesdelatravéecentralepourchacundes2caissons,soit4zonesde4voussoirs.

Ils’appuyaitsurleschoixsuivants:renforcementparl’extérieur,enraisondesdifficultés

d’accessibilitéàl’intérieurdescaissons(l’accèssefaitpar des trappes réalisées dans le hourdis inférieurdes caissons en travée rive gauche, à proximité dela pile P4; il est délicat de franchir les entretoisestransversalesderenfortpositionnéesàlaclédelatravéecentrale:hauteurlibredepassageinférieureà35cm),delalocalisationdesfissuresd’âmesprincipalementàl’intérieurdescaissonsetdelamauvaisequalitédefinitiondesparementsbétonintérieurs;

renforcementlimitéauxâmesavecretoursinférieurscourts (0,30 m) sur le hourdis inférieur, pour nepasavoir à traiter, enpremièrephasede travaux, lafissurationduhourdisinférieur;

bandesdetissusdefibresdecarboneperpendiculairesàl’axelongitudinaldel’ouvrage,devantreprendrela

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Photo 1 : état initial : béton peint au niveau des faces extérieures des âmes, quelques éclats sur fers apparents corrodés – Source : Lrpc d’Autun

Photo 2 : défauts de surface du béton – Source : Lrpc d’Autun



totalité de l’effort tranchant (Rdm et diffusion) ennégligeant, lebétonet lesarmaturesdebétonarméenplace.

Travaux

Les travaux de renforcement de la travée centralede l’ouvrage se sont déroulés du 12 novembre au28 décembre 2007 puis du 7 janvier au 1er février2008(11semainesdont8semainesdetravauxhorsinstallation de chantier, montage de l’échafaudage,démontagedel’échafaudageetrepli).

Ilsontétéexécutésparl’entrepriseFreyssinet,régionRhône Alpes, au moyen du procédé Tfc : colleépoxydebi-composantEponalettissubidirectionneldefibresdecarboneSoficardontlescaractéristiquesdutissuimprégnéontuneépaisseurmoyennede0,48mm,unmodulede105GPadanslesensprincipaldesollicitationetunecontraintede tractionà rupturede1700MPa.

Lamaîtrised’œuvredestravauxaétéréaliséepar laDirectionVoirieInfrastructuresdelavilledeBesançon,avecl’assistancetechniqueduCetedeLyon.

Figure 7 : principe de renforcement

Lemontanttotaldestravauxs’estélevéà146K€Ht(174K€Ttc),dont32K€Htpourleséchafaudageset 70 K€ Ht pour le renforcement par matériauxcomposites.

Études d’exécution - Dimensionnement

Compte tenu des efforts à reprendre par le renfortcomposite auniveaudes voussoirsD4 etD5 et du

cahierdeschargesduprocédéTfc,ilestviteapparuqu’il était indispensable de prévoir des ancragesmécaniques supérieurs ; l’entreprise a proposé desplatsmétalliquesancrésdans lebétonaumoyendechevilles.Lerenforcementcompositeestainsicomposéde1à2couchesdeTfcparvoussoir.

Phasage d’exécution et gestion de la circulation sur l’ouvrage d’art

LescontraintesfixéesauCctpétaientlessuivantes:circulationmaintenuesurl’ouvragependanttoute

laduréedestravaux;phasage transversal permettant de renforcer un

caissonenayantreportélacirculationsurl’autre;renforcement du caisson aval, le plus dégradé, en

premier;lapoussièredégagéeparlapréparationdusupport

nedoitpasvenirpolluerlepostedecollage.

L’entrepriseFreyssinetaproposélephasagedestravauxsuivant,quirespectaitcescontraintes:

phase1:sablage,chanfreinagedesarrêtesinférieures,réparationdesurfacesurles2caissonsenzonesRiveDroitepuisRiveGauche;basculementdecirculationcôtéamont;

phase2:exécutiondespercementspourl’ancragesupérieursur les2caissonsetcollageduTfcsur lecaissonavalenzoneRiveDroite;

phase3:idemenzoneRiveGauche;basculementdecirculationcôtéaval;

phase4 :posedesplatsmétalliques sur lecaissonaval et renforcement (collageTfc et pose des platsmétalliques)ducaissonamontenRiveGauche;

phase5:idemenzoneRiveDroite;phase 6 : mise en peinture du renforcement en

Rive Droite puis Rive Gauche (protection anti-UVetesthétique).

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Photos 3 et 4 : préparation des surfaces par sablage à sec (dont élimination du revêtement de peinture sur les âmes extérieures du caisson) – Source : Lrpc d’Autun


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Échafaudage de travail (ouvrage provisoire de deuxième catégorie)

Lescontraintesduprojetétaientrelativesàlaprésencedeslargestrottoirssurl’ouvrage(largeur2,50m)etàlalimitationdechargesurlesencorbellements(3,5tonnesou450kg/m²)etsurl’ouvrage(15tonnes).

L’entrepriseafaitlechoixd’unéchafaudagesuspendudetype«peintre»,roulantsurdesrailsdisposéssurlestrottoirs(déplacementmanuelaumoyendetireforts).La largeur de cet échafaudage correspondait à celledu tablier, pour une longueur de 3 m (ie: un seulvoussoir).Ce choix «économique» était égalementliéà lahauteurfortementvariabledescaissons.Cetéchafaudage était accompagné d’un dispositif deprotection et de récupération des résidus et gravats(interdictiondetoutrejetdansleDoubs).

Ces dispositions se sont révélées problématiqueslorsqu’ils’estagitdeconfineretdechaufferlazonedecollagepartempératuresfroides;eneffetlalongueurréduitede3mnepermettaitpasd’assurerlemaintienentempérature(>5°C)duvoussoirprécédemmentrenforcépendantlapolymérisationdelarésine.

Températures froides

Ledémarragedestravaux,finoctobre2007,aeulieudansuncontextedetempératuresclémentes.Leprolongementdeladuréedestravaux,initialementprévue de 5 semaines, a obligé l’entreprise à seprémunircontrelestempératuresfroides.PourrespecterlaspécificationducahierdeschargesduTfc d’une température minimale ambiante etdu support de + 5 °C pendant toute la durée depolymérisationdelarésine,l’entrepriseaduprévoirun confinement partiel de la zone de travail etavoir recoursàdesdispositifsdechauffage (turbinechauffanteaufiouletsoufflantélectrique).

Onacependantpus’apercevoirgrâceausuiviréaliséparthermohygromètreenregistreuretauxcontrôlesdetempératuredesurface,quel’efficacitédes2systèmesdechauffagen’étaitpaséquivalente,etqu’ilpouvaitêtredifficilederespecterlatempératureminimaleenpartieinférieuredesâmesdescaissons,parexemple,pour une température ambiante de 5 à 6 °C horszonedeconfinement,onamesuréde10à25°C(bas–haut)surlazoneconfinéechaufféeaufioul,de7à12°C(bas-haut)surlazoneéquipéeduchauffageélectrique (peu efficace) pour des température desurfacede9à11°C.

LesuividelaDuretéshoreDdelarésineréaliséparleLrpcd’Autunad’ailleursmisenévidencedesvaleursfaibles, comprises entre 60 et 70 après un mois deconservationdeséchantillonssurlaculéedel’ouvrage(à20°C,onestnormalement>70à24heures).

Ancrages supérieurs des lés de Tfc

L’exécutiondesancragessupérieursdeslésdeTfc,aumoyendeplaquesmétalliqueschevilléesdanslebétondesâmes,aétélasourcedesprincipalesdifficultésduchantieretdudérapagedesdélaisd’exécution.

Le phasage des travaux correspondant consistait eneffetà:

implanterleschevilles,enrepérantlapositiondescâblesdeprécontrainteetarmaturesdebétonarmé;

percerlesâmesducaissonetnettoyerlestrousparsoufflage;

réaliser des gabarits pour le perçage des platsmétalliques;

mettreenœuvreleslésdeTfcenprévoyant:desréservationsaumoyendecartonauseindutissu,afind’écarterlesfibrespourlafuturemiseenœuvredeschevilles;de ne pas imprégner la partie supérieure deslés destinée à venir recouvrir le plat métalliqued’ancrage;

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Photo 6 : réparation de surface du béton – Source : Lrpc d’AutunPhoto 5 : chanfreinage des arêtes inférieures des caissons par meulage pour former un congé d’au moins 1 cm de côté– Source : Lrpc d’Autun



Photo 15 : application de la couche de résine de fermeture – Source : Lrpc d’Autun

Photo 13 : marouflage du Tfc – Source : Lrpc d’Autun Photo 14 : reflux de la résine après marouflageSource : Lrpc d’Autun

Photo 12 : pose de la première couche de Tfc

Source : Lrpc d’AutunPhotos 11 et 11a : application de la première couche de résine – Source : Lrpc d’Autun

Photo 10 : réalisation d’un gabarit destiné au perçage des plats métalliques – Source : Lrpc d’Autun

Photo 17 : rabat et collage des surlongueurs des lés de Tfc – Source : Lrpc d’Autun

Photo 16 : mise en place des plats métalliquesSource : Lrpc d’Autun

Photo 18 : col lage d’une couche longitudinale supplémentaire de Tfc de protection des platsSource : Lrpc d’Autun

Photo 7 : vue de l’échafaudage mobile et du confinement de la zone de travail – Source : Lrpc d’Autun

Photo 8 : chauffage de la zone de travail – Source : Lrpc d’Autun

Photo 9 : forage aux emplacements des chevilles de fixation des plats métalliques – Source : Lrpc d’Autun

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mettreenœuvrelesplatsmétalliques,avecexécutiond’unretourduTfc(retourthéoriquede18cm)afind’améliorer l’ancrage et la protection anticorrosiondesplats;Pourremédieràquelqueserreursdansladécoupedeslés (découpes trop courtes), une bande horizontalesupplémentairedeTfcamêmeétécolléesurlesplatsmétalliques.

Participation au contrôle extérieur des travaux, quelques aspects

L’assistance technique du Cete de Lyon a consistéen:

l’établissementd’avissurlesnotesdecalculs,Paqetprocéduresd’exécution;

la participation à la réception contradictoire dessupportsbéton;

laparticipationàl’épreuvedeconvenancedemiseenœuvredescompositescollés;

la participation aux réunions hebdomadaires dechantieretcontrôledelamiseenœuvredesrenforts

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Photo 20 : exécution de traction sur béton (carottage à l’eau)Source : Lrpc d’Autun

Photo 19 : préparation d’un essai de traction sur bétonSource : Lrpc d’Autun

composites (vérification de l’application du Paq etsurveillanceducontrôleinterne);

la participation par sondages à la levée du pointd’arrêt«réceptiondesrenfortscollés»parcontrôleàlacaméraInfraRouge.

L’épreuve de convenanceElle prévoyait notamment des essais de cohésionsuperficielle du béton (essai de traction directe NFP 18-852), mis à la charge de l’entreprise dans lemarché.Il a pu être mis en évidence lors de ces essaisl’importance du respect des modes opératoires etexigencessurlesmatériels.

L’apport de la thermographie infra rouge Tir

Le Cete de Lyon mène depuis quelques annéesdes travaux dans le Réseau des Laboratoires desPontsetChausséespourpréciser ladémarcheet lesprocédures de contrôle extérieur dans le cadre detravauxderéparationouderenforcementparcollagedecomposites.Cestravauxontnotammentportésurladétectiondesdéfautsdecollageparthermographieinfrarouge.Rappelons qu’une caméra infrarouge est sensible àl’énergierayonnéepar lasurfaceobservée,supposéeêtreàl’équilibrethermiquelocal,etqu’ellereflètedoncunphénomènedetransfertdechaleur.

Pourladétectiondesdéfautsdecollagedescomposites,onutilise la thermographie «active»qui consiste àchaufferleparementobservéaumoyend’unesourceartificielle assurant une sollicitation thermiqueuniformedelazoned’étudeetdepuissancesuffisantepour rendre négligeable l’influence des conditionsinitiales.On impose ainsi un flux thermique orienté depuisl’extérieurversl’intérieurdelastructure.Laprésenced’undéfautdecollage(lamed’air)sousunrenfortcompositeaugmentelocalementlarésistancethermiqueetcréeunehétérogénéitédansladiffusiondufluxthermique:elleinduitalorsuneélévationdelatempératuredesurface.

Les contrôles réalisés ont permis d’améliorer laprocéduredemiseenœuvredesrenforts,enréalisantparexempleunsecondmarouflagedeslésdeTfcdanslazonesituéeauniveaude lapériphériedesarrêtesinférieures des caissons pour éviter la tendance audécollement.Eneffet,lecontrôleparTirpouvantêtreréaliséavantréticulationde larésine,untraitementapproprié des défauts constatés peut alors être misenœuvre.

Lathermographieinfrarougeaégalementétéutiliséepourapprécierlaconformitédel’enrobagedesfibresdetissuaprèsapplicationdelacouchedefermeturederésine.

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Photo 23 : défaut d’enrobage superficiel du tissu en fibre de carbone . Après sollicitation à la rampe chauffante, les fibres de Tfc insuffisamment enrobées se refroidissement plus rapidement ( couleur plus foncée sur l’image) – Source : Lrpc d’Autun

Photo 22 : défaut de collage du tissu en fibre de carbone et profil de température A A’ après sollicitation thermique à la rampe chauffante Source : Lrpc d’Autun

Photos 21 : sollicitation thermique – Source : Lrpc d’Autun

Figure 6 : schéma du principe de contrôle du collage par thermographie infra-rouge

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NS Suites et perspectives

Travaux futurs sur l’ouvrage

LavilledeBesançonestencoursderéflexionsurlamise en place d’un projet deTransport CommunenSiteProprequiemprunterait lepontCharlesdeGaulle.Enfonctiondel’avancementdeceprojet,quiinduiraitde nouvelles charges sur l’ouvrage, une étude estenvisagée en 2009 ou 2010. Cette étude devraitintégrerlerenforcementglobaldelatravéecentraleparprécontrainte longitudinale extérieure additionnelleainsiquepar lamiseenœuvred’armaturespassivesouactivesdanslehourdisinférieuraudroitdeszonesfissurées, dansuneperspectivede travauxdès2010ou2011.

Le Lrpc d’Autun est impliqué dans des travaux derecherchepilotésparleLcpc,surlathématiquedeladurabilitédesrenforcementsparcompositescollés.

La ville de Besançon a accepté la proposition duLrAutun,deconstituersurl’ouvrageunezonetémoindédiéeausuividevieillissement(outrelaréalisationd’échantillonstémoindecomposites,conservésdansl’ouvrage).Cette zone a été constituée en intrados du caissonaval,àproximitédelapileRiveGaucheetdel’accèsà l’intérieur du caisson, zone accessible au moyend’uneestacadefixe.Il est prévu sur cette zone, pendant la durée desopérationsderecherche,unsuiviannuel,consistanten:

laréalisationd’essaisdetraction;la réalisation de prélèvements pour mesures de la

températuredetransitionvitreuseTgdel’adhésif,quiestunindicateurdevieillissement;

la détection et le suivi des défauts éventuels decollage (sondages aumaillet et thermographie infrarouge)■

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Photo 27 : chantier terminé – Source : Lrpc d’Autun

Photo 26 : résultat d’un essai de traction sur composite colléSource : Lrpc d’Autun

Photo 25 : essai de traction sur composite collé – Source : Lrpc d’Autun

Photo 24 : préparation d’un essai de traction sur composite collé – Source : Lrpc d’Autun


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NSDiagnostic et renforcement sismiques du viaduc de Caronte à Martigues

AurélieVivier,PascalCharles,DenisDavi,JacquesResplendino

Introduction

LeviaducdeCaronte se situe sur l’AutorouteA55,au niveau de la commune de Martigues. Il permetde franchir lapassedeCaronte, à l’embouchuredel’étangdeBerre.Ilsecomposed’unouvragemétalliqueprincipalàbéquillesetdequatreviaducsd’accèsenbétonprécontraint.L’ouvrage a été conçu entre 1967 et 1968, puisconstruitentre1969et1972.

Depuis sa mise en service, le viaduc a fait l’objetd’un certain nombre d’investigations relatives auxdésordres constatés sur lesviaducsd’accès enbétonprécontraint notamment. Les principaux désordresobservés sont des fissures au niveau des joints decouplage, et la dégradation des dispositifs anti-

sismiques(arrachementdesancragessous l’effetdesdéformationsinduitesparleschargesdetrafic).Desétudes et inspections complémentaires ont conduità l’élaboration d’un avant projet de réparation,rédigéparleCeteMéditerranée,enjuillet2003,quiconsistait notamment en une injection des fissureset une réfection des parements, un renforcementdes viaducs d’accès par précontrainte extérieure,unereprisedesdispositifsd’accès,uneréfectiondessuperstructuresetéquipements,unremplacementdesappareilsd’appui,etunemiseenconformitésismique.Enmars2004,leSétraémetunavissurl’Aproa,enpréconisantquelquesapprofondissements,notammentsurlamiseenconformitésismique.

Cet article présente les études complémentairesde diagnostic et d’optimisation du renforcementparasismiquemenéesconjointementparleSétraetleCeteMéditerranéeentre2006et2008pourcompléterl’Aproade2003.

Figure 1 : localisation du viaduc


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NS Description de l’ouvrage

LeviaducdeCarontesecompose:d’un ouvrage principal métallique à béquilles de

300mdelong(85m-130m-85m)et29,90mdelarge.Sontablierestdetypecaissonorthotrope;

de quatre viaducs d’accès à tablier bi-nervurésen béton précontraint (deux viaducs parallèles surchaquerive,aunordde259,50mdelong,etausudde314,50mdelong).

Cesouvragess’appuient:sur des piles-culées de section en I communes à

l’ouvragemétalliqueprincipaletauxviaducsd’accèsenbéton.Ellessontfondéessurpieux;

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surdesculéescreusesd’extrémité,fondéessurradieretéquipéesdebêches;

surdespilesintermédiairesdesectionenIdehauteurvariablesde23,85mà41,91m,fondéessursemellesoupieux;

sur des béquilles en caisson orthotrope pourl’ouvragemétallique.

Le sol est composé de marnes et de limons. Lesmarnes, situées à une profondeur très variable,possèdentdebonnescaractéristiquesmécaniques.Ellessont surmontées d’une couche de limons et sables,potentiellement liquéfiable et de caractéristiquesmécaniquesmédiocres,departetd’autredelapassedeCaronte.

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Figure 2 : coupe longitudinale - Vue depuis l’ouest – Source : Cete Méditerranée

Photo 1 : vue des deux viaducs d’accès en béton et du tablier métal – Source : Denis Davi (Cete Méditerranée)



Conception parasismique d’origine

LeViaducdeCaronteaétéconçuavantl’applicationdes premières règles de conception parasismiquefrançaises (règles PS 69). Néanmoins, lors de saconception, l’Institut de Physique du Globe deStrasbourg avait estimé prudent de tenir compted’uneaccélérationsismiquehorizontalede0,1gdansles calculs. La stabilité de la structure a donc étéassurée sous efforts horizontaux (longitudinaux ettransversaux) équivalents au 1/10e du poids propredel’ouvrage.

Sous séisme longitudinal, la conception d’origineconsistait à reprendre l’effort horizontal par uneseuleculéesouschaquesensdesollicitation.Audroitde chaque culée, deux appareils d’appui verticauxen caoutchouc fretté disposés verticalement enbutéeainsiquedeuxliaisonsbéton/bétonfrottantes(figure3),devaientreprendrealternativement(selonlesensdesollicitation)latotalitédel’efforthorizontalengendré par l’accélération sismique. Les appareilsd’appuiverticauxsontplacésdansdesengravuresauniveaudumurdeculée(figure3,détail1).Lorsd’undéplacement du tablier, celui-ci vient en appui surlenéoprène.Lesliaisonsbéton/béton,consistentenunbossagearrondiauniveaude la culée sur lequelvientreposerdirectementletablierenbéton(figure3,détail2). Le frottement béton sur béton entre lebossage et le tablier devait permettre de reprendreunepartiedel’effortsismiqueetassurerlepointfixeenstatique.Deplus,enstatique,ilétaitnécessairedepermettreles déformations lentes (retrait, effets thermiques)des viaducs d’accès en béton précontraint et del’ouvrage métallique. Par contre, les viaducs bétonet l’ouvrage métallique devaient être liés lors d’unmouvement sismique (déplacements rapides) pourtransmettrel’intégralitédesefforts.Desconnecteursdynamiquesavaientdoncétéprévus.Cesconnecteurssontenfaitdesvérinshydrauliquesquicontrôlentlesdéplacementspar lacirculationlented’unfluideautravers d’un système d’orifice. Ce dispositif permetdonclelibredéplacementlorsdesmouvementslentsmaisassureunblocagelorsdesmouvementsrapides(lefluidenepouvantcirculerassezvite,levérindevientundispositifrigideettransmetl’intégralitédesefforts).

La liaison dans le sens longitudinal entre les piedsdes béquilles de l’ouvrage métallique et les massifsdefondationestassuréeaumoyend’unearticulation(photo2).

Sousséismetransversal,lastabilitédespilesavaitétévérifiéeenleurappliquantentêteunefforthorizontaltransversalégalau1/10edelaréactiond’appui.Aucundispositifdeblocagedesécuritén’estdisposésurpiles

pourprévenir,encasdeséismemajeur,l’échappementtransversal du tablier de ses appuis. Le blocagetransversalestuniquementassurépardesremontéesenbétonauniveaudechacunedespilesculéesainsiquepar la liaisonbéton/béton(frottement)entre letablieretlechevêtreauniveaudechaqueculée.La stabilité transversale de l’ouvrage métalliqueest assurée d’une part par des appareils d’appuismétalliques fixes assurant la liaison entre le tabliermétallique et les piles culées et d’autre part par unencastrementtransversaldesbéquillesdanslesmassifsdefondation.

Photo 2 : liaison articulation en pied de béquille – Source : Denis Davi (Cete Méditerranée)

Figure 3 : coupe longitudinale : culée boite – Source : Sétra


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NS Diagnostic sismique de l’ouvrage

Lediagnosticsismiquedel’ouvrageaétéeffectuélorsdes étudesde l’Aproade2003.Les inspections surouvrageontmontréquelesconnecteursdynamiquesnepeuventplusjouerleurrôlecarleurssupportsontétéarrachésàlasuitedemouvementsderotationdutablier sous l’effet des charges de trafic (photo 3).Cette détérioration est due à l’encastrement initialdes dispositifs d’accroche des connecteurs qui nepermettaientpaslesrotations.

Vis-à-vis du séisme longitudinal, la détériorationdes connecteurs dynamiques, et l’insuffisance dufrottementmobilisableauniveaudelaliaisonbéton/béton en cas de vibrations sismiques (décollementpartiel prévisible sous l’effet de la composanteverticale notamment), laissent libres les viaducsd’accès en béton. Ils peuvent donc se déplacerlongitudinalement,etcedemanièreimportante.Lorsde ces déplacements, les viaducs viendraient alorspercuterl’extrémitédel’ouvragemétalliqueainsiqueles culées, ce qui engendreraient des effets de chocimportants.Ceschocssontsusceptiblesd’êtrecouplésàunrisqued’échappementd’appuisurculée.Mêmeavecuneremiseenétatdesconnecteursdynamiques,le fonctionnement dans un seul sens, avec reprisedeseffortslongitudinauxsurculéesparlesappareilsd’appuiverticauxnesemblepassatisfaisante.Eneffetl’accélération de la masse totale des quatre viaducsbéton et de l’ouvrage métallique correspond à deseffortsextrêmementimportantsreprisentotalitéaudroitdesnervuresdutablierparchocaveclaculée.Ceszonesnesontpasconfinées,etparailleursl’ensembledelaprécontraintefilantedel’ouvrageyestancrée.Les conséquences prévisibles de ces chocs seraientunedégradationdeceszonesd’about,aggravéeparlarépétitiondeschocsetunrisquededétériorationdel’ancragedelaprécontrainte.

Photo 3 : connecteur dynamique détérioré – Source : Aurélie Vivier (Sétra)

Figure 6 : coupe transversale sur culées de l’ouvrage existantSource : Sétra

Figure 5 : coupe transversale sur pile-culées de l’ouvrage existantSource : Sétra

Figure 4 : coupe transversale sur piles courantes de l’ouvrage existantSource : Sétra



Vis-à-vis du séisme transversal, rien ne garantitque les tabliersbétonnesoientpaschassésde leursappuispuisqu’iln’existeaucundispositifdeblocagetransversalultimesurpiles.Demêmeauniveaudesculées où le frottementdans la liaisonbéton/bétonnepeutassurerqu’unestabilitétrèspartielle.L’Aproas’est donc logiquement orienté vers la réalisationde butées de sécurité (permettant la distorsion desappareils d’appui en néoprène) sur piles couranteset de butées de blocage transversales sur culées etpiles-culées.

Il convientdenoterque leniveaudes sollicitationssismiques prises en compte lors de la conceptionde l’ouvrage (accélération forfaitaire horizontalede0,1g) est très insuffisant vis-à-vis des règlementsactuels (PS92etduzonagede1991ouEurocode8et le nouveau zonage) pour un ouvrage de cetteimportance et de cette dimension. Afin de fixer lesidées,ausensdesrèglesPS92etduzonagede1991,leviaducdeCarontepourrait subirsousséismedeseffortscorrespondantàuneaccélérationhorizontalemaximaleauniveaudupalierduspectrede3,1m/s2soit environ 3 fois plus que celle pour laquelle il aétédimensionné.Demême,vis-à-visdel’Eurocode,etdufuturzonagesismiqueàparaître,l’accélérationseraitde6,0m/s2(l’amplificationdel’accélérationparrapport auxPS92 vient du coefficient de sol, qui aététrèslargementaugmentédanslesEurocodespourles sols de caractéristiques mécaniques médiocres).La résistance des piles et des fondations vis-à-visdes efforts sismiques n’est donc pas assurée dans laconfigurationactuelledel’ouvrage.

Études complémentaires sur le diagnostic

Dans son avis de mars 2004, le Sétra a validéle diagnostic et le principe de l’avant-projet derenforcement sismique, sous réservedevérificationscomplémentairessurlesfondations(priseencomptedurisquedeliquéfaction),lespiles(effetsdusecondordre et cisaillement), le risque d’entrechoquementtransversaldestabliersparallèlesetd’uneoptimisationdelaconceptionparasismiquelongitudinale.

Les études complémentaires menées par le Sétraavaientdoncpourbutdeconfirmerlediagnosticetdemenercesvérificationscomplémentaires.

L’ouvrageaétémodéliséendétailparunmodèlespatialàbarresàl’aidedulogicielPcp.Cettemodélisationpermet, selon la méthode spectrale multimodale,d’obtenir les modes de vibrations de l’ouvrage. Lacombinaisonquadratiquedecesmodesdevibrationsfournitleseffortsetdéplacementsdanslastructure.

LerecalculestbasésurleshypothèsessismiquesdesPS92. L’ouvrage se situe en zone de sismicité Ia. IlestdeclasseCetlesoldetypeS3.Onobtientdoncle spectre, voir la figure 8, qui représente l’actionsismiquepourlecalculspectral.

Lefranchissementétantconstituédecinqouvragesavecplusieurs interfaces (ouvrage/ouvrage, ouvrage/pile,ouvrage/culées), plusieurs stratégies d’améliorationdu comportement sismique, très différentes lesunes des autres ont été testées vis-à-vis du séismelongitudinal.

Figure 7 : modèle du tablier sous Pcp – Source : Sétra Figure 8 : spectre des PS92 correspondant aux hypothèsesSource : Sétra

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Danslaconfigurationd’origine,c’estàdireaveclesappareilsd’appuiverticauxsurculées,lesconnecteurssupposés fonctionnant (et donc assurant la liaisonentre le viaduc métallique et les tabliers en béton),onobtientdeseffortstrès importantsauniveaudesculées:1450tonnesenvironparculée.Lesculéesnesontpasenmesuredereprendrecesefforts.

Dans laconfigurationoù les tabliers sont libresparrapport aux culées, on obtient des déplacementscalculésdel’ordrede30cmdestabliersenbétonbiensupérieursauxsoufflesdisponibles(2à3cmauniveaudesculéeset23cmauniveauduviaducmétallique),ce qui entrainerait des chocs importants au niveaudes culées et entre les tabliers. De plus, les effortsengendrésdanslespilesnesontpasacceptables.

Enfindanslasituationoùlestabliersenbétonseraientsolidairesdesculées(hypothèsed’unblocageparfait),onobtientdes efforts colossaux :5000 tonnesparculées.Lastabilitédesculéesn’estpasassurée.

Le comportement actuel de l’ouvrage, même enconsidérant une remise en état des connecteursdynamiquesn’estdoncpassatisfaisant.Eneffet,lorquel’on réduit les déplacements, les efforts deviennenttropélevésetinversement.Unesolutionintermédiaire,permettantderéduireàlafoislesdéplacementsetlesefforts semble laplusadaptée.Celaestpossibleparla mise en place d’amortisseurs, qui permettent enoutre de s’affranchir des incertitudes sur la raideurdes fondations des culées, dont la sensibilité s’est

avéréedéterminantedanslesconfigurationsanalyséesprécédemment.

Cettesolutionesttechniquementenvisageablecarilexisteunjeude2à3cmentrelesnervuresdestabliersenbétonetlesculées.Lesappareilsd’appuiverticauxserontdéposéspourgarantircejeu.Entre le viaduc métallique et les viaducs en béton,lesouffledesjointsdechausséeestde23cm,cequipermetaisémentlamiseenplaced’amortisseurs.

Vers une optimisation du renforcement parasismique

Les amortisseurs dissipent de l’énergie lorsque lastructure se déplace. Cette dissipation d’énergieamortitlesmouvementsdel’ouvrage,cequipermetderéduireàlafoislesdéplacementsetleseffortsdanslastructure.Les amortisseurs sont caractérisés par une loi decomportement de type «F=Cva» dépendant de lavitesse(avecF,laforcedansl’amortisseur,v,lavitessededéplacementetCetadesconstantesdépendantdescaractéristiquesdesamortisseurs).Cettedépendanceen vitesse, associée à la complexité de la structure,obligeàmenerleurdimensionnementparuneanalysedynamiquetemporelle,quinécessiteledéveloppement

Figure 9 : principe de fonctionnement des amortisseurs et loi de comportement – Source : Sétra



d’outils de calcul complexes. Néanmoins cetteméthode sophistiquée permet de s’affranchir de lalimitation forfaitaire à 30% de l’amortissementpréconiséeparl’Eurocode8-2.

L’analysedynamiquetemporelleconsisteàrésoudreleséquationsdifférentiellesnonlinéairesdumouvementdumodèle.Lepremiermodedevibrationlongitudinalde l’ouvrage étant un mode de déplacementd’ensemble dans la direction longitudinale, celapermetl’applicationdecetteméthode.L’ouvrageestmodéliséparunsystèmemasses–ressorts-amortisseurs,à 3 degrés de liberté, chaque degré de libertécorrespondant à un tablier (les deux viaducs bétoncoténord,leviaducmétallique,lesdeuxviaducsbétoncotésud).Lesmasses(M1,M2,M3delafigure10)représententlesmassesmodalesdesdifférentstabliers.Les ressorts (K1, K2, K3) représentent les raideursmodales des appuis de chaque tablier (fondations,piles et appareils d’appui). Les amortisseurs entreles tabliers sont représentésparunressort (K_type)et par leur constante caractéristique C (C_type).Ce schéma de calcul (schéma de Newmark) a étéprogrammé sous Visual Basic spécialement pour leviaducdeCaronte.L’actionsismiqueestreprésentéepar des accélérogrammes artificiels correspondantauxcaractéristiquesdelazone(accélération,typedesol…)etcaléssurlespectreréglementairePS92.Ces

calculs ont par ailleurs été croisés avec une analysespectrale équivalente établie sur la base du modèlePcpàpartird’unemodélisationdesamortisseursparcaractéristiqueslinéaireséquivalentesconformémentàlaméthodesimplifiéedécritedansl’EC8-2.

Compte tenu des jeux disponibles au niveau desculées, et entre les tabliers, différents scénarii derenforcementsavecamortisseursontétéétudiés:

liaison totale des tabliers béton et métallique etamortisseursauniveaudesculées«bloquéaucentre,amortiauxextrémités»;

amortisseursentrelestabliersetauniveaudesculées«amortiaucentre,amortiauxextrémités»;

tablier métallique libre et amortisseurs sur culéespour les tabliersbéton«libreaucentre,amortiauxextrémités».

Dans un premier temps, un prédimensionnementa été effectué par une méthode basée sur l’énergiedissipée par les amortisseurs. Les résultats de ceprédimensionnement ont servi de base aux calculstemporels. L’automatisation des nombreux calculstemporelsapermisd’optimiserlatailledesamortisseurspourrespecterlesjeuxdisponiblesauniveaudesculéesetentrelestabliersacieretbéton.

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Figure 11 : accélérogrammes utilisés pour le calcul – Source : Sétra

Figure 10 : modèle du tablier à masses-ressorts-amortisseurs – Source : (Sétra)


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Lescourbesfigures12et13donnentunexempledelaréponseentermededéplacementdestabliers,danslaconfigurationavecletabliermétalliquelibreetdesamortisseursentrelesculéesetlestabliersenbéton.

Le tableau 1 synthétise les résultats obtenus, aprèsoptimisation des dimensions des amortisseurs.Compte tenu de la modélisation de l’ouvrage, lesrésultatsdutableausontdonnéspourlesdeuxviaducsenbétoncoténord et lesdeuxviaducs coté sud enfonction des caractéristiques des amortisseurs. Les

Figure 13 : cycles de comportement des amortisseurs en fonction du temps – Source : Sétra

Figure 12 : déplacement des tabliers en fonction du temps – Source : Sétra

résultatssontensuiteanalysésviaducparviaduc,lesviaducsparallèlesayantdesculéespropres.

Lasolutionavecunblocageentrelestabliersbétonetmétalliqueetunamortissementauxextrémités(noté«bloquéaucentre»dansletableau)estintéressantetant au niveau des déplacements qu’au niveau desefforts. Par contre elle conduit à des efforts trèsimportantsdans lesamortisseursdeculées (27MNpourlesdeuxculées,soit13,5MNparculée).



Situation d’origine Renforcement

Néoprènesverticaux

connecteursdynamiques

Libresurculées

Bloquéssurculées

Bloquéaucentre,amortiauxextrémités

Amortiaucentre,amortiauxextrémités

Libreaucentre,amortiauxextrémités

a* - - - 0,15 0,15 0,15C*_culée(MN/(m/s)) - - - 38 >18 22

C*_tablier(MN/(m/s)) - - - Infini <3 0

Déplacementdutablierbéton(cm) 10 30 0 2 2 2

Déplacementdutabliermétal(cm) 10 30 0 2 15,3 15,6

Effortdanslesamortisseursdesculées(MN)

- - - 27 14 15

Effortdansamortisseurtablier(MN)

- - - - 2,7 0

Effortdanslesystèmebéton(MN)

Effortsdechoc Effortsdechoc -

1,8

1 0,5

Effortdanslesystèmemétal(MN)

Effortsdechoc Effortsdechoc - 7,4 7,3

Effortdanslaculée(MN) 30 Effortsde

choc 100 27 14 15

*a et C : constantes caractérisant les amortisseursTableau 1 : efforts sismiques longitudinaux

Lasolutionavecdesamortisseursauxextrémitésainsiqu’entrelesviaducsbétonetmétal(noté«amortiaucentre,amortiauxextrémités»)n’estpasoptimalecarelle tendvers la solution«libreaucentreetamortiauxextrémités»pourêtreplusefficace,notammententermed’efforttotalinduitdanslespilesdesviaducsbéton.

Enfin la solution laissant libre le tablier métalliqueetutilisantdesamortisseursaudroitdesculées(noté«libreaucentre,amortiauxextrémités»)permetderéduireconsidérablementlesdéplacementsdestabliersbéton.Letabliermétalquantàluisedéplacedel’ordrede15cm,cequiestacceptablecomptetenudujeudisponible entre le viaduc principal et les viaducsd’accès(23cm).Deplus,leseffortsdanslestabliersbétonsontfaibles,etceuxdansletabliermétalliquesontacceptablescomptetenudeseffortsactuellementprésents dans les béquilles. Enfin, les efforts dansles amortisseursde culées sontdiviséspardeuxparrapportàlasolutionavecliaisoncomplètedestabliersetamortisseursauniveaudesculées(15MNpourlesdeuxculées,soit7,5MNparculée).

L’ensemble des études montre que la configurationavecletabliermétalliquelibreetdesamortisseursauniveau des culées est la plus intéressante en termesde déplacements, d’efforts, mais aussi en termes demiseenœuvreetdecoût(amortisseurspluspetitssurculées,aucundispositifentrelestabliersbétonetleviaducmétallique).

Dans cette configuration, la résistance des piles,fondations et béquilles est assurée, ainsi que lastabilité des culées. Elles le sont également sousséisme transversal dans la configuration telle queproposéedansl’Aproainitial,dufaitd’unerépartitionrelativement homogène et optimisée des effortssismiques entre les différents appuis de l’ouvrage(culées,pilesetpiles-culées).


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NS Conception parasismique retenue

Conception selon la direction longitudinale

Vis-à-visduséismelongitudinal,ilestdoncproposédemettreenplacedesamortisseursentrelesnervuresdestabliersenbétonetlesculéesetdelaisserlibreletablier métallique (figure 14 : amortisseurs et blocd’ancragesurlaculée).Lesamortisseursfonctionnantsurundébattementrelativementfaiblede2à3cmalorsqueleurcapacitédedéplacementestbeaucoupplus grande, des butées de sécurité longitudinalessontenvisagéesauniveaudesculées,en«deuxièmelignedesécurité»encasdedépassementduséismedecalcul,pourprotéger les zoned’about fragiles etl’ancragedescâblesdeprécontrainte(blocsrougesurlafigure14).

Auniveaudesculées,lesliaisonsbéton/bétonserontremplacées par des appareils d’appui en néoprène.Undispositifdeblocagepourrecréerlepointfixedes

Figure 14 : coupe longitudinale et transversale sur culées des dispositifs amortisseurs vis-à-vis du séisme longitudinal – Source : Sétra

dilatationsthermiquesdevradoncêtreenvisagé,maiscedispositifdevralaisserlibrelesdéplacementssousséisme(amortisseursàressortprécontraintousystèmeéquivalent). Les appareils d’appui verticaux serontdéposésetuneréductiondel’épaisseurdecachetageest envisagée pour garantir le jeu nécessaire auxdébattementsdesamortisseurs(évaluéà2à3cm).

Conception selon la direction transversale

Conformément aux propositions issues de l’Aproainitial et pour pallier au risque d’échappementd’appuidutablier,desbutéesdesécurité(permettantladistorsiondesappareilsd’appuiennéoprène)sontprévuessurpilescourantes(figure15).Surculéesetpiles-culées, les butées de blocage (faible distorsiondes appareils d’appui) sont réalisées par les blocsd’ancragedelaprécontrainteadditionnelle(voircoupetransversaledelafigure14).



Liquéfaction des sols

Le contexte géotechnique de l’ouvrage peut êtresynthétisé en la présence d’un substratum marneuxdu Bégudien recouvert, à proximité de la passe deCaronte,parunecouched’épaisseurvariable(12menmoyenne)d’argilegrisevaseuse,avecquelqueslitsplus sableux,dont l’étudedurisquede liquéfactions’avèrenécessaireétantdonnéleurlithologie,l’âgedesdépôts(Quaternaire),lasismicitédusiteetlafaibleprofondeurdelanappe.Desremblaissontégalementprésentensurfacesuruneépaisseurvariable(3menmoyenne).

L’impact principal redouté sur l’ouvrage d’uneéventuelle liquéfaction de ces sols, concerne lephénomèned’écoulementlatéral(«lateralspreading»),consistantàl’entraînementau-dessusdessolsliquéfiéed’unecroûtesuperficielleplusraide(remblaiici)enappuicontrelespieux.Une étude spécifique concernant ce risque a étéconduite en 2007 par le Lrpc d’Aix-en-Provence,en s’appuyant sur les données alors disponiblesprovenant:

Figure 15 : coupe transversale et longitudinale sur piles vis-à-vis du séisme transversal – Source : Sétra

d’unepremière campagnede reconnaissancepourl’ouvrageréaliséeen1967comprenantdessondagescarottésetquelquesessaisdepénétrationSpt(StandardPenetrationTest),

d’une deuxième campagne de reconnaissanceréalisée en 2006, qui comprenait deux sondagescarottésetdeuxsondagespressiométriquesavecessaisd’identificationenlaboratoiresurcertainséchantillonsprélevés.

Les résultats d’essais d’identification comparésaux cr i tè re s granulométr iques de l a normeNFP06-013permettentdeconsidérerqualitativementlessolsrencontrés,majoritairementargileux,commenonsuspectouexemptdurisquede liquéfaction,àl’exceptiondequelquescouchessableusesd’épaisseurdécimétrique.

Une campagne d’investigations complémentaires,comprenant des sondages carottés supplémentairespourprélèvementd’échantillonsintacts(CarottieràPistonStationnaire)envued’essaistriaxiauxcycliques,etsondagesaupiéozocône,adoncétélancéeen2009afindecaractériserdemanièrequantitativel’éventuelrisquedeliquéfaction.

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NS Influence du nouveau zonage sismique français

La nouvelle carte du zonage sismique a été publiéeen2005parleministèredel’Écologie.Elleredessinetotalement le découpage sismique de la France, etintroduit de nouvelles zones sismiques. Hormisdans les zones nouvellement sismiques, les niveauxd’accélération au rocher ont baissé par rapport àl’ancienneréglementation.

Desspectresdecalculsontfournisdansl’Eurocode8-1.Néanmoins ces spectres sont modifiés par l’AnnexeNationale qui fixe les valeurs des paramètres desol, de catégories d’importance et d’accélération àprendre en compte en renvoyant aux décisions del’Administrationfrançaise,etdoncaunouveauzonagesismique. Un décret fixant ces paramètres devraitparaîtreprochainement.

Il semble donc pertinent de compléter l’analyse enregardantleseffetsdunouveauzonage.Onvoitsurlacomparaisondesspectresetdesaccélérogrammes,que l’Eurocode 8 et le nouveau zonage sont plusdéfavorables aux basses périodes. Cela provientessentiellement du coefficient de sol de 1,8 quipondèretoutelagammeduspectreetquis’avèretrèsdéfavorable pour les sols de mauvaise qualité. Parcontre, le spectre de l’Eurocode est beaucoup plusfavorablepourleshautespériodes.

DanslecadreduviaducdeCaronte,lapriseencomptedunouveauzonageconduitàaugmenterlatailledesamortisseursauniveaudesculées(1,5fois).Parcontre,lesdéplacementsdutabliermétalliquesontréduitsà7cmenviron(contre14cmauxPS92).

En conservant les amortisseurs issus du dimen-sionnementaveclesPS92,l’ouvragesupporteenviron72%del’accélérationréglementaireissuedunouveauzonage et du calcul basé sur les nouveaux spectresétablisdanslecadredel’Eurocode.

Conclusion

Les études ont donc permis de converger vers unesolutionderenforcementparasismiquesatisfaisante,largementinfluencéeparl’Aproainitialetoptimiséedansladirectiondeséismelongitudinal.Cetteétudeaparailleursétél’occasiondetestersurunexempleréeldifférentesméthodesd’analysecompatiblesavecune conception parasismique basée sur l’emploi dedispositifsamortisseursainsiquelaméthodologieencoursderédactionparleSétrapourleguideàparaîtreprochainement «Diagnostic et le renforcementsismiques des ponts existants». Notons néanmoinsque le dimensionnement des amortisseurs estfortement influencé par la caractérisation du solqui a conduit à retenir le coefficient de sol le plusélevé.Desnouveauxsondagessontdoncprévuspourpréciser les caractéristiques de sol ainsi que pourévaluerplusprécisémentlerisquedeliquéfactionetdéfinirlecaséchéantletraitementdesolàenvisager.Ces investigationsdevraientpermettred’êtremoinssécuritairessurleshypothèsesdesoletainsiréduirelatailledesamortisseurs■



Figure16 : carte de zonage sismique (à gauche le zonage actuel, à droite, le futur zonage) – Source : Sétra

Figure17 : comparaison des spectres et accélérogrammes des PS92 et ancien zonage et EC8 et nouveau zonage – Source : Sétra


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Jean-ClaudeHippolyte,JacquesBillon

Introduction

Les buses métalliques font partie des famillesd’ouvragesidentifiéescommesensiblesvisàvisd’unrisquededéfaillance.Leréseauroutiernationalcompteaujourd’huiunpeuplus de 1030 buses métalliques, ce qui représenteenviron10%ennombre,dupatrimoinedespontsdel’État(horsmursdesoutènement),630d’entreelles,sontdesouvrageshydrauliques,plusparticulièrementexposésauxrisquesdecorrosionetd’érosion.

Depuis1994, l’étatdeceparc est caractérisépar lacotation Iqoa (image qualité des ouvrages d’art).On constate que sur les 80 buses classées en très mauvais état (note 3 ou 3U), 60 sont des ouvrages hydrauliques. Par ailleurs, environ 10% des busesn’ontpasétéévaluées.Al’appuidececonstat,ilestapparu nécessaire de procéder à une analyse pluscibléedecesouvrages,enbénéficiantdel’avancéedesméthodesd’analysederisques.

S’appuyant sur l’expertise du réseau technique etsur le recensement des incidents survenus au coursdecesdernièresannées,uneméthodologie,exposéeci-dessous,estencoursdemiseaupointpouridentifierles facteursderisques.Enparticulier,elledoit fairel’objetd’uncalibrage surunéchantillond’ouvragesreprésentatifs.Lesvaleursindiquéesdanscetarticle,sontdoncsusceptiblesd’êtremodifiées.

historique et bibliographie

C’esten1896,dansl’Indiana(Usa),quefutdéposépar Monsieur Simpson le premier brevet de buse,préfabriquéeenusine,enacieronduléflexible.LasociétéArmco(Ohio-Usa),crééeen1899,exploitacebrevetdès1908.

Ce n’est qu’en 1955 qu’un premier document surle sujet fut publié, le «Handbook of Culvert anddrainage Practice», par Armco International. Cedocumentfaisaitabstractiondecertainsinconvénientsdéfavorablesauxbusesmétalliquescommenotammentlacorrosionetl’abrasion.

Jusqu’en1964,laméthodededimensionnementdesbuses métalliques, commune à tous les documentsexistants, était celle de l’anneau comprimé avec uncoefficientdesécuritéde4destinéàprendreencompteleseffortsdeflexionpendantlesphasesdemontageetderemblaiement.Ellenetenaitpascompted’uneéventuelleinversiondecourbureetn’indiquaitpaslescaractéristiquesminimalesduremblaitechnique.

Cesquestionsontétéabordéesen1964parlaméthodeHabibetLuong(LaboratoiredeMécaniquedel’écolePolytechnique),eten1970parlesméthodesGlocketKloppel(Armco-Rfa),etArval.

Toutefois,desproblèmesliésà laconcurrenceentrelesfabricantsontentravéladiffusionobjectivedecesinformations.

Desoncôté,l’administration,apublié,en1964,lespremièresrecommandationssurlesbusesmétalliquesOhapab64-Aqueducpréfabriquésenacier-Sétra.

Puisentre1970et1978,uncertainnombredenotestechniquesprovisoiresontétérédigéesparMonsieurJacquesNourissoningénieurauSétra,eten1971,unenoted’informationsur lesbusesArval:Apa.71-aétépubliéeparleSétra.

En 1981, suite à de nombreux désordres survenusen cours de construction, voire à l’effondrementd’uncertainnombredecesouvragesetpourlimiterla surenchèredes fabricants, leSétra et leLcpc, encollaboration avec les professionnels du domaine(notammentlessociétésdistributrices),ontétablietpubliédesRecommandations et Règles de l’Art pour la conception, la justification et la construction des



buses métalliques.Cedocument,aétésuividemisesàjouren1982et1985.

En1992,leSétra,apubliéun guide sur la surveillance, l’entretien et la réparation des buses métalliques.

Aujourd’huietenraisondel’apparitiondeprocédésconcurrents,laconstructiondebusesmétalliquesenFranceestmoinscourante.Il restenéanmoinsdeuxfabricantsquicommercialisentencorecesproduits.

Lasociété Armco, installéeenAllemagneen1956,estdevenuedepuisoctobre1988,HamcoDinslakenBausystemeGmbh.Depuis1999,lasociétéSirebestlereprésentantexclusifenFrancedesproduitsHamco.Elleassurelafournitureetl’assemblagedesbuses.

Lasociété Tubosider France,filialedelamaisonmèreTubosider Spa (Italie) commercialise depuis 1970desproduitssimilaires.Cettesociétéproposesursonsitewww.tubosider.fr unmodèledeCctpdebusesmétalliquesenaciergalvaniséàchaud.Cependant, nous attirons l’attention des lecteurs;« ce modèle Cctp daté d’avril 2004, reprend les recommandations des documents précités. Mais l’évolution récente des normes doit conduire ses utilisateurs à une certaine vigilance vis à vis du référentiel mentionné ».

En revanche, les buses Arval, commercialisées, àpartirde1970,parlessociétésArbeletVallourec,nesontplus,aujourd’hui,distribuées.

Introduction à l’analyse de risque

Le vieillissement de ce parc, environ 200 buses ont plus de 35 ans, a conduit la direction desinfrastructures de transport (Dit) à commander au

Sétra, lamiseaupointd’uneméthodologieadaptéeàunegestionpluscibléedecepatrimoine.L’analysedesrisquesestlaméthodelaplusefficacedanslecasdesbusesmétalliquespoursélectionnerlesouvrages,nonpasenfonctiondeleurétatréel,maisenfonctiondesrisquesqu’ilsprésententàcourtetmoyenterme.Elle permet de définir une stratégie de suivi etd’inspectiondesouvragesenfonctiond’unniveauderisqueetdehiérarchiserlestravauxderemplacementouderéparation.Lerisqueestlacombinaisondelaprobabilitéoufréquenced’occurrenced’unévénementetdelagravitédesesconséquences.Pourunouvrage,ledangerassociel’aléaquireprésentelephénomèneàl’originedurisque(choc,affouillement,corrosion, etc.) à la sensibilité (ouvulnérabilité)delastructurevisàvisdel’aléaconsidéré.Lesouvragespeuventainsiêtreàdesniveauxplusoumoinscritiquesauregardd’unoudeplusieursrisquesprésumés.

Par ailleurs, la gravité d’un événement s’appréciegénéralementenfonctiondesconséquenceshumaines,socio-économiqueset(ou)environnementales.

Lesconséquencespeuventêtrededifférentenature,comme l’effondrement de l’ouvrage, ou la miseen cause de la sécurité des usagers par des grandesdéformationsoudes chutesdepartiesde structure.Ellespeuventaussioccasionnerdespertesd’aptitudeauserviceavecfermeturedel’ouvrageouengendrerdescoûtsdegestiondisproportionnésparl’inadaptationauxbesoins.L’analyse de risque, conduite sur un grand nombred’ouvragesexistants,comporteengénéraldeuxétapessuccessives.Danslapremière,«ditesimplifiée»,onretientquelquesparamètresqualitatifspourapprécierlaprobabilitéetl’intensitédesaléasquel’onrassembledansunindicateurunique,caractéristiqued’unniveaude danger. Ces paramètres doivent être facilementaccessibles.Cettepremièreétapedoitpermettreune

Photos 1 : soulèvement du radier de la buse à l’amont – Source : Jacques Billon (Cete de l’Ouest)

Photos 2 : effondrement suite à la construction d’une chaussée neuve côté amont pour remplacement de l’ouvrage en deux phases – Source : Jacques Billon (Cete de l’Ouest)


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hiérarchisation du patrimoine et un classement enplusieurs familles à risques estimés faibles, moyensouélevés.Unesecondeétape«dited’analysedétaillée»doitêtreensuite envisagée, pour les ouvrages présentant desniveauximportantsderisques.Ellenécessitelerecueild’informationsplusquantitatives,leplussouventenprocédant à des prélèvements, des sondages ou desessaiseteneffectuantunevisited’inspectionpardupersonnelqualifié.

Application aux buses métalliques

Sur les 200 buses construites avant 1974, 35 sontclasséesen3ou3Uet7n’ontpasétéévaluées(Ne).Si l’on ajoute la vingtaine d’ouvrages, classés 3 ou3U,dontladatedeconstructionn’estpasconnue,ondénombreprèsde60buses,(soit30%desouvragesconstruitsavant1974)quiseraientdansunétatavancédedégradation.Il ressort, de cette constatation, tout l’intérêt deprocéderàlapremièreétaped’analysesimplifiéedesrisques, comme énoncé au paragraphe précédent,pourpermettreauxgestionnairesdemieuxconnaîtreetsurveillerleursouvrages.

Étude des aléas potentiels

L’étude a consisté, dans un premier temps, à listerlesaléaspouvantporterpréjudiceàlapérennitédesbuses métalliques. À l’appui du recensement desincidentssurvenus(cf.quelquesphotosenillustration)et du jugementdes experts duRst, 5 aléas ont étéidentifiés.Ils’agitdesagentsextérieursfavorisantlephénomènede lacorrosion, (agressivitédumilieu),desactionshydrauliques(affouillement,renard,..)et,dansunemoindremesure,dessurchargesaccidentelles

(poinçonnementsousessieux),deschocs(horsgabarit)etdesincendies(accidentelsouparvandalisme).

Cesaléaspeuventêtreconcomitants.Unebusepeutêtresoumiseàunouplusieursaléas.Parexemple,lesagentsagressifsconduisantàlacorrosionpeuventsecumulerauxsurchargesaccidentelles.L’analyseglobaleconsiste à effectuer la combinaison linéaire de cesdifférentsniveauxdedanger.

Pourcefaire,ilfautdistinguerlaprobabilitérelativedes aléas (l’attaque par des agents agressifs favorisant la corrosion est plus probable que l’incendie), de laprobabilitépropre à chaquealéa considéré, souventfonction de la destination de l’ouvrage (un passage piétons étant moins sollicité par les agents de la corrosion qu’un ouvrage hydraulique).

Pourtenircomptedesdifférentsscénariospossibles,chaque aléa est donc affecté d’un coefficient deprobabilité relative, compris entre 0 et 1. L’aléa«attaqueparlesagentsdelacorrosion»estestiméleplusprobable.Soncoefficientestpriségalà1.Pourles autres aléas, et à défaut de données suffisantes,lescœfficientsrelatifsontétéappréciésparjugementd’expert. Les valeurs suivantes ont été prises encompte:

pourlesactionshydrauliques:0,70pourlessurchargesaccidentelles:0,40pourleschocs:0,15pourl’incendie:0,10

Pourtenircomptedesprobabilitéspropresàchaquealéa, un cœfficient compris entre 0 et 1 est donnéen fonction de paramètres jugés influents. Pour lesattaquesparlesagentsdelacorrosion,cesparamètressontliésàlaprésenceounond’eauàl’intérieuret/ouàl’extérieurdelabuse,auphénomèned’abrasionetàlaprésenceounondeselsdedéverglaçageoudefacteursparticulierssusceptiblesd’accroîtrelerisque.

••••

Photos 3 et 4 : effondrement par affouillement – Source : Sétra



Les aléas

Désignation des aléas (i)

Probabilté relative des

aléas Pi

Paramètres influents la probabilité d’occurrence de l’aléa Importance de l’aléa IAi

Attaqued’agentsdelacorrosion(i) = 1

1,00

Ouvrageroutier(Or)avecsalagespeufréquentsoupassagepiétonsavecousanssalagessurvoieportée Faible 0,25

Busesdedécharge(Od)avecsalagespeufréquentsoufréquentsououvrageroutier(Or)avecsalagesfréquents Moyenne 0,50

Passageagricole(Pa)toussalagesouOdouOravecsalagestrèsfréquents Élevée 0,75

Busehydraulique(Oh)avecousanssalagessurvoieportée Trèsélevée 1,00

Actionshydrauliques(affouillements,soulèvements,érosion,renard)(i) = 2

0,70

Passageagricole(Pa),piétons,ouvrageroutierOr(RdouVc) Inexistante 0

Busededécharge(Od)majoritairementàsecetsansmiseencharge Faible 0,25

Busededécharge(Od)(1) Moyenne* 0,50

Busehydraulique(Oh)(1) Élevée* 0,75

Busehydraulique(Oh)aveccoursd’eauagressif Trèsélevée 1,00

(1) si possibilités de mise en charge * monter d’un niveau l’aléa

Surchargesaccidentelles(i) = 3

0,40

trafic<15000v/j Faible 0,25

15000v/j<trafic<35000v/j Moyenne 0,50

35000v/j<trafic<80000v/j Élevée 0,75

80000v/j<trafic Trèsélevée 1,00

Chocs(i) = 4 0,15

Passagepiétons Faible 0,25

Busehydrauliqueoudedécharge Moyenne 0,50

Passageagricole Élevée 0,75

Ouvrageroutier Trèsélevée 1,00

Incendie(i) = 5 0,10

Busehydraulique(Oh) Faible 0,25

Busededécharge(Od) Moyenne 0,50

Ouvrageroutier Élevée 0,75

Passageagricoleoupiétons Trèsélevée 1,00Tableau1

Pourlesactionshydrauliques,cesparamètressontaussidépendantsdel’eauetdurégimed’écoulementdelarivièreetdesprobabilitésdemiseencharge.

Pour les surcharges accidentelles, sa probabilitéd’occurrence est liée auniveaudu trafic,plus il estimportant,pluslerisquedupassaged’unconvoiensurchargeestgrand.

Pour les chocs et l’incendie, ces facteursdépendentprincipalementdelanaturedelavoiefranchie.

Le tableau 1, récapitule les situations envisagées,susceptiblesd’êtreàl’originedesrisquesconsidérés.


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Étude de la vulnérabilité

Lasensibilitédesbuses,auregarddechacundesaléas,peutêtreappréciéepar lacombinaisondeplusieursparamètresinfluents.

Eneffet,l’historiquedecettefamilled’ouvragesmontrequelaconceptionetlesprincipesdejustificationontconnudesévolutionsnotables.Enparticulier,avantla publication des recommandations de 1981, laprotectiondestôlesétaitassuréeparunegalvanisationdel’ordrede60à70microns.Cesrecommandationsont imposé la protection en double face, d’uneépaisseurmoyennede100microns(avecunminimumde90microns),dansl’objectifdedoublerladuréedevieestiméedecesouvrages.

Avant cette date, les documents des fabricantsspécifiaient que ces structures étaient de natureprovisoireetavaientune durée de vie estimée à 35 ans.Enconséquenceilfautconsidérerlesbusesmétalliques,construitesavant1974,commeprésentantundangerd’unniveautrèsélevé.

Un paramètre lié à la cotation Iqoa (appréciationqualitative)permetderelativiserce jugement,etdetenircompte,enparticulier,del’environnementetdel’entretiendelabuse.

Pourlavulnérabilitéinhérenteauxactionshydrauliques,laconception(formeetdimensionsdelabuse,coupes

Photo 5 : forte dégradation par corrosion – Source : Cete du Sud-Ouest Photo 6 : rupture de la chaussée suite à errosion des remblais contigus Source : Sétra

d’extrémités,présenceounond’ouvragesde tête etnaturedecesderniers,etc.)sontaussidesparamètresimportants.

Pourlessurchargesetpourl’incendie,lahauteurdecouvertureestleseulparamètreprisencompte.

RemarquesLes recommandations et les guides de conception et de surveillance stipulent, tous, l’importance de la qualité des remblais contigus (des matériaux et de leur mise en œuvre). C’est un paramètre essentiel pour la résistance et la pérennité des buses. Malheureusement, cette information est très rarement disponible dans les dossiers d’ouvrage (quand ils existent). Comme il n’est pas envisageable matériellement (coûts et délais) de faire des reconnaissances géotechniques sur les 1000 buses du réseau, la méthodologie n’en tient pas compte. Pour les mêmes raisons (pas de visite d’inspection), la méthodologie ne tient pas compte également des défauts de construction, mauvais montage des plaques, insuffisance de recouvrement, manque de boulons, etc.L’objectif d’une analyse simplifiée, comme décrite précédemment, consiste à identifier les ouvrages à risques élevés à partir d’informations facilement accessibles. Elle conduit à un premier tri des ouvrages, en 3 familles en général, pour lesquelles des prescriptions seront données aux gestionnaires. Elles stipuleront, dans certaines conditions, le recueil de données complémentaires pour une analyse plus détaillée (quantitative), et éventuellement le prélèvement de remblais ou la réalisation de sondages.



La vulnérabilité

Désignation des aléas (i)

Paramètres influents de la vulnérabilité en rapport à chaque aléa

Valeur attribuée

(ivi)

Indice de vulnérabilité (IVi ) = ∑ (ivi)

Niveau

Attaqued’agentsdelacorrosion(i) = 1

Sidatedeconstruction≤1981 6 Indicedevulnérabilité≤7 Faible

Sidatedeconstruction>1981 0 Indicedevulnérabilité<13 Moyen

Siâge>35ans 6 Indicedevulnérabilité≥13 Élevé

Siâge≤35ans 0

SinoteIqoa(buse)3U,3ouNE 6

SinoteIqoa(buse)1,2ou2E 3

Sibusearcheouarche 2

Siautreformedebuse 0

Actionshydrauliques(affouillements,soulèvements,érosion,renard)(i) = 2

SiIqoa(litcoursd’eau)=1 0 Indicedevulnérabilité≤7 Faible

SiIqoa(litcoursd’eau)=2ouNE 4 Indicedevulnérabilité<13 Moyen

SiIqoa(litcoursd’eau)=3ou3U 8 Indicedevulnérabilité≥13 Élevé

Sitêtesrenforcées(àpréciser) 0

Sitêtesnonrenforcées 4

Sibusearche 3

Siautreformedebuse 0

Siextrémitésensiffletoui 2

Siextrémitésensiffletnon 0

Silargeursousremblai≤15m 3

Silargeursousremblai<30m 2

Silargeursousremblai≥30m 0

Surchargesaccidentelles(i) = 3

Sicouverture>4,00m 0 Indicedevulnérabilité<10 Faible

Si1,00m<couverture≤4,00m 5 Indicedevulnérabilité<15 Moyen

Sicouverture≤1,00m 10 Indicedevulnérabilité≥15 Élevé

SiIqoa(buse)=3ou3UouNE 10

Chocs(i) = 4

SiIqoa(buse)=1ou2 0 Indicedevulnérabilité=0 Faible

SiIqoa(buse)=2E 10 Indicedevulnérabilité=10 Moyen

SiIqoa(buse)=3ou3UouNE 20 Indicedevulnérabilité=20 Élevé

Incendie(i) = 5

Sicouverture>4,00m 0 Indicedevulnérabilité=0 Faible

Si1,00m<couverture≤4,00m 10 Indicedevulnérabilité=10 Moyen

Sicouverture≤1,00m 20 Indicedevulnérabilité=20 ÉlevéTableau 2

Pour les chocs, on admet, à défaut de critère pluspertinentetaisémentaccessibleaustaded’uneétudesimplifiéederisques(comme le sur-gabarit éventuel),quelanoteIqoa(état de la buse)estleseulparamètreprisencompte.

Sur le jugementd’experts, cesdifférentsparamètresontétéaffectésdepointsreprésentantleursniveaux

(relatifs) d’influence sur la vulnérabilité des buses,tableau2.

Lecumuldecespointspermetd’apprécierleniveaudevulnérabilitévisàvisdel’aléaconsidéré.


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Étude de la dangerosité

Ladangerositédechaqueouvrageestévaluéepar lacombinaison linéaire des valeurs obtenues dans lesgrilles d’analyse précédentes. Elle s’exprime de lamanièresuivante:

Ladangerositéd’unouvrage:

(D)=∑(PixIAixIVi) ide1à5AvecIndice i : représentant un des 5 aléas pris enconsidérationPi:Probabilitérelativedel’aléaiIAi:Indiced’importancedel’aléaiIVi:Indicedevulnérabilitépourl’aléai

Ces produits aboutissent à une échelle de valeurscompriseentre0et47points.Uneétudestatistiqueestencourspourdiscrétisercetteéchelleetidentifierdes niveaux de danger plus ou moins élevés.Troiscatégoriesdedangersontenvisagées, faible,moyen,ouélevé.

Il s’agit d’une étape intermédiaire caractérisant laprobabilitédedéfaillancedel’ouvrage,avantdetenircompte des conséquences socio-économiques. Ellen’est pas exploitée lors de la première analyse (ditesimplifiée).Elleleseradanslasecondephased’analysedétaillée, réservée aux ouvrages évalués comme lesplusàrisque.

Gravité des conséquences

Comme cela a été indiqué dans le chapitred’introductionsurl’analysederisques,lesconséquencesd’une défaillance peuvent être humaines, socio-économiques,et(ou)environnementales.

Pour les buses, les deux premières peuvent êtreappréciéesparleniveaudetraficdel’itinéraireportéetparlespossibilitésdedéviationencasd’interruptionde l’itinéraire. L’impact sur la voie portée est ainsidéterminéparunevaleurcompriseentre1et5.

Pourlesconséquencesenvironnementales,ilappartientàl’exploitantd’estimerlagravitéd’uneffondrementsurlefranchissement(pollution de la rivière, inondation, perte d’usage, etc.).L’impactsurlavoiefranchievarieaussientre1et5.

La somme de ces valeurs (comprise entre 2 et 10)donneunniveaud’impact.

Pour pondérer l’influence de ces considérations(subjectives),onaintroduitunediscrétisationdelagravitédesconséquences(faible,moyenne,ouforte)enfonctionduniveaud’impact.Elleestainsireprésentéeparuncoefficient(G)égalà0,80ou0,90ou1,00.

Impact

Sur la voie portée Valeurs Sur la voie franchie Valeurs

trafic<15000v/j Faibles 1 Faibles 1

15000v/j<trafic<35000v/j Moyens 2 Moyens 3

35000v/j<trafic<80000v/j Élevés 3 Élevés 5

80000v/j<trafic Trèsélevés 4

DéviationpossibleOui 0

Non 1

Gravité des conséquences

Niveau d’impact (G)

Faiblesil’impact<5 0,80

Moyen5≤impact≤8 0,90

Élevésil’impact>8 1,00



Niveau des risques

Leproduitdeladangerosité(D)parcelledelagravitédesconséquences(G)détermineleniveauderisquesde chaqueouvrage.Etendu sur lamême amplitudequel’échellededanger,ceniveaupermetdeclasserlesouvragesentenantcomptedesconséquencesdeleureffondrementoudeleurperted’aptitudeauservice.Pour chaque catégorie de risques (faible, moyenne,forte), des préconisations seront fournies auxgestionnaires.

Conclusions

Cetteétudeseraappliquée,àpartirdel’été2009auréseauroutiernational,parlesagentsdesCeteetdeslaboratoires. Outre son objectif d’une surveillanceciblée,ellevapermettredeconnaîtreplusprécisémentcettefamilled’ouvragesàrisquesavérésetdontleplusgrandnombreatteint,voiredépasse,laduréedeviepréconisée.Maisellenedoitpasêtreunefinalitéensoi. L’intérêt de la démarche réside principalementdans les suites qui lui seront données, à savoirle traitement des risques. Complémentaire de ladémarcheIqoa,cetteétudedoitêtresuivied’analyseplusdétailléepourlesstructuresprésentantdefortsrisques etdeprise enconsidération,par lesmaîtresdel’ouvrage,pourl’engagementdecréditsnécessairesauremplacementouaurenforcementdesouvrageslesplusàrisques■

Groupe d’étude participant à la mise au point de la méthodologie:

Cete de l’ouest : J. Billon (Goa), B. Thauvin etL.Riou(LrpcStBrieuc)

Cetedel’Est:D.Przybyla(LrpcdeStrasbourg)Sétra:G.HaiunetJ.C.Hippolyte(Ctoa/Dm)

Références bibliographiques

Ouvrages hydrauliques, Dossier pilote Ohap ab64,Partie 3 : Aqueducs préfabriqués en acier, Sétra,1964.

Ouvrageshydrauliques,DossierpiloteAPa71,Noted'informationsurlesbusesArval,Sétra,août1971.

Note d'information sur les différentes marqueset les épaisseurs des buses métalliques de grandesdimensions,Sétra,janvier1973.

•

••

Noted'informationsurledimensionnementdesbusesmétalliquesdegrandesdimensions,Sétra,septembre1974.

Détermination semi-empirique de l'épaisseur desouvrages métalliques flexibles, Note provisoire etindicative,J.Nourisson,Sétra,octobre1975,février1976.

Noted'informationsurlesbusesmétalliques,Sétra,février1977.

Recommandationsprovisoiressurlecalculdesbusesmétalliques,Documentdetravail,J.Nourisson,Sétra,avril1978.

Buses métalliques: Recommandations et règles del’art,septembre1981,LcpcetSétra.

Clauses techniques courantes concernant les busesmétalliques,Sétra,novembre1982.

Buses métalliques: Recommandations et règles del’art,Miseàjourn°1,juillet1982,LcpcetSétra.

Rapports des Laboratoires, Série: Géotechnique,Mécaniquedessols,sciencesdelaTerre,GT-3,Busesmétalliques: Etude du compactage des remblais decalage, novembre1983,Lcpc,NguyenTanhLong,Jean-ClaudeValeux.

Buses métalliques: Recommandations et règles del’art,Miseàjourn°2,février1985,LcpcetSétra.

Rapports des Laboratoires, Série: Géotechnique,Mécanique des sols, sciences de la Terre, GT-9,Dimensionnementdesbusesmétalliques,septembre1985,Lcpc,NguyenTanhLong.

Instructiontechniquepourlasurveillanceetl’entretiendes ouvrages d’art, Deuxième partie : dispositionsparticulières, Fascicule 50 Buses métall iques,DirectiondesroutesDécembre1985.

Rapport de recherche Lpc n°143, Calcul de lastabilitédesbusesmétalliquesenterrées,Vérificationexpérimentale en vraie grandeur,mars 1987,Lcpc,P.Habib,NguyenTanhLong,G.Legeay,M.P.Luong,L.Baudé.

Buses métalliques: guide pour la surveillancespécialisée, l’entretien et la réparation, décembre1992,Sétra.

ImageQualitédesouvragesd’art,Busesmétalliques,Cataloguedesdésordres,1996.


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Stages

Ponts Formation Édition : la formation continue de l’École des Ponts dans le domaine des ouvrages d’art

Cycle«Inspectiondesouvragesd’art»module1:connaissancesdebase1repartie

du 21 au 23 septembre 2009

Cycle«Conduireunprojetd’ouvragesd’art»module4:concevoiretréaliserlesouvragesd’art

du 23 au 25 septembre 2009

Entretenir,répareretrenforcerlesouvragesenbéton-partie1:diagnostic,réparationetprotectiondumatèriaubéton

du 6 au 8 octobre 2009

Cycle«Inspectiondesouvragesd’art»module1:connaissancesdebase2epartie

du 13 au 15 octobre 2009

Maîtriserl’executiondesstructuresenbéton-applicationsouvragesd’artetbâtiments

20 et 21 octobre 2009

Cycle«Inspectiondesouvragesd’art»module5:tunnel du 17 au 19 novembre 2009

Concevoir,entreteniretréparerlesjointsdechaussée 19 novembre 2009

Entretenir,répareretrenforcerlesouvragesenbéton-partie2:diagnostic,réparationetrenforcementdesouvrages

du 24 au 26 novembre 2009

RenseignementsetprogrammesdétaillésdesstagesEnpc: tél:0144582728ousite:http://pfe.enpc.frRenseignementsconcernantlescyclesinternationaux: tél:0144582828ou2827.

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Lesavistechniquesfournissentunavisofficielsurlecomportement prévisible des produits, procédés etmatériels pour éclairer les maîtres d’ouvrages et lesmaîtresd’œuvredansleursdécisions.Cesavistechniquessontrédigéssouslaresponsabilitéd’unecommissionmiseenplaceparleSétra,associantl’Administrationet laprofession représentéepar lessyndicats.LesecrétariatetlaprésidencedecettecommissionsontrespectivementassurésparleSétraetlaprofession.L’élaboration d’un avis technique est soumise auxétapessuivantes:

dépôtdelademande;enquêtepréalable(s’ils’agitd’unepremièredemande

jugéerecevable);examen du dossier technique et établissement du

programmed’essais;établissementd’unavistechnique.

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Développement d’une approche globale, performantielle et prédictive de la durabilité des structures en béton (armé) sur la base d’indicateurs de durabilité Bilan et perspectives

Référence : OA 63 - Décembre 2008 - 312 pages - Prix de vente : 45 euros

Cedocumentdécritledéveloppementd’uneapprocheperformantielle,globaleetprédictivedeladurabilitédesstructuresenbéton(armé),fondéesurlanotiond’indicateurs de durabilité, et combinant mesuresen laboratoire et simulations numériques. Desexemples significatifs sont présentés, relativementaux fondements scientifiques de cette approche.Ces exemples concernent la compréhension etéventuellement la modélisation des mécanismes(transferts hydriques, carbonatation, pénétrationdes chlorures, gel, déformations libres, etc.), ainsique la mise au point d’outils de caractérisation delamicrostructuredesbétonsetdesparamètresliésàla durabilité vis-à-vis de la corrosion des armatures(en particulier, méthodes de détermination desindicateurs dedurabilité).Uneméthodologie, pourla mise en œuvre de l’approche développée, est deplusprésentée.Elle s’appuie notamment sur un système de classeset surdes spécifications relatives aux indicateursdedurabilitéquisontfonctiondutyped’environnementet de la durée de vie exigée pour la structure. Unemodélisation «multi-niveaux», où les indicateursdedurabilitésontlesdonnéesd’entréedesmodèles,est proposée pour la prédiction de la durée de vie.Desméthodesdemesuredestémoinsdeduréedevie(«sorties» des modèles), applicables en laboratoiresuréprouvettesousurprélèvementsissusd’ouvrages,ontétémisesaupoint,nonseulementpourvaliderlesmodèles,maiségalementpoursuivrelecomportementdesstructures insituaucoursdutemps.Despistessont en outre suggérées à la fin de ce document,d’unepartpourpoursuivrelesrecherchesthéoriqueset expérimentales, et d’autre part pour valoriser lestravauxréalisésettransféreràlapratiquelesrésultatsdéjà acquis. Un nouveau projet de recherche, quis’inscritdans le cadredesOpérationsdeRechercheduréseaudesLpc,estenparticulierprésenté.



Étude de la performance des réseaux d’ouvrages d’art et détermination des stratégies de gestion optimales

Référence : OA 64 - Janvier 2009 - 280 pages - Prix de vente : 35 euros

Dans un contexte de ressources financières limitéesetdevieillissementdeleurparcd’ouvragesd’art,lesgestionnairesfontdeplusenplusappelàdesoutilsd’aide à la décision. Ils ont dans l’ensemble uneapproche individuelle qui n’intègre pas des critèresde performance du réseau de transport, supportéparlesouvragesd’art,lorsduprocessusdedécision.L’objectifdecerapportestdefourniruneapprocheglobale permettant de déterminer les stratégies degestionoptimalesd’unréseaud’ouvrages.Ladémarcheproposéeestalorsd’équilibrer lescoûts liésà l’offredel’infrastructuredetransport(maintenance)aveclescoûtsliésàlademandedetransport(pertedeniveaudeservices).La quantification des coûts de l’offre impliqued’introduire la performance des ouvrages. Dans cerapport,elleestcaractériséeàl’aidededeuxapprochesprobabilistes:uneparamétrique,baséesurlathéoriede la fiabilité, et une non paramétrique, basée surun indice d’état de l’ouvrage. La quantification delademandedetransportesteffectuéeenaffectantletraficsurleréseaudetransportsuivantlesdifférentesconfigurationsdel’étatdesouvrages,puisencalculantladifférencedecoûtpourchacunedecesconfigurationsparrapportàunesituationditederéférenceoùtouslesouvragesontunniveaudeserviceidéal.Ladéterminationdesstratégiesdegestionoptimalesesteffectuéeàl’aided’unalgorithmegénétiquedemanièreàtrouverd’unepartlesinstantsoptimauxd’interventionetd’autrepartlesactionsdemaintenanceoptimales.La démarche permet finalement de déterminer lescalendriers de maintenance optimaux d’un réseaud’ouvragesd’artpourunhorizondonné.Ellepermetderépondreauxquestions«quand»et«comment»intervenir pour disposer d’un fonctionnement duréseaudetransportlemeilleurpossibletoutenajustantlescoûtsd’intervention.


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Investigations et évaluations dynamiques des ponts

Référence : GTINPONT - Février 2009 - 124 pages - Prix de vente : 45 euros

L’évaluationdynamiqueexpérimentaledesouvragesestunedisciplineaujourd’huienvoguedanslegéniecivil.Laconceptiondestructurestoujoursplussouplesetflexiblesnécessited’évaluerleuraptitudeauservicevis-à-visdesollicitationsdynamiques.Ce guide technique a pour vocation de présenterlesprincipauxconceptsetprincipesquimotiventlaréalisationd’investigationsdynamiquessurlesponts.Il insiste donc autant sur les enjeux métrologiqueset d’instrumentation que sur les finalités desinvestigations.Lesépreuvesvibratoiressonteneffeteffectuéesàdesfinsdiverses:testsdevibration,analysestructurale, surveillance et diagnostic, mesures deconfort.Ce guide est divisé en quatre grands chapitres,complété par un chapitre d’exemples. Le premierest un chapitre introductif, précisant le cadreopérationnel des investigations dynamiques. Ilintéresse directement les maîtres d’ouvrages oules gestionnaires d’ouvrages. Le second chapitresynthétise les objectifs principaux motivant cesinvestigations et les applications pratiques. Il estdestinéauxbureauxd’étudessusceptiblesdeproposerdesépreuvesvibratoiresàdesmaîtresd’ouvrageoudesgestionnaires.Letroisièmechapitretraitedelamiseenœuvreopérationnelledesinvestigationsdynamiques:ilconcernenotammentleslaboratoiresouentreprisesenchargede l’instrumentationdesouvrages.Enfin,le quatrième chapitre effectue une présentation desméthodesd’évaluationdynamique.Iloffreainsiauxbureauxd’études,laboratoiresetentreprisesunaperçudesméthodesd’analyseoffertesàce jouretd’usagecourant.Ce guide est donc destiné à tout acteur du géniecivil souhaitant approfondir ses connaissances dansle domaine des investigations et des évaluationsdynamiques.

ChristopheAubagnacCetedeLyon/LraOaTel:0385866702

ArnoldBalliereCetedeLyon/DitDoaTel:0474275382

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Ce bulletin est un périodique d’information à l’intention des spécialistes d’ouvrages d’art. Il est destiné à décrire la construction d’ouvrages marquants et à faire connaître des techniques particulières ou innovantes.

Ce bulletin est consultable et téléchargeable :sur internet : http://www.setra.developpement-durable.gouv.frsur i2 (réseau du Ministère) : http://intra.setra.i2

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L’autorisation du Sétra est indispensable pour la reproduction, même partielle, de ce document© 2009 Sétra - Dépôt légal : 2e trimestre 2009 - ISSN : 1266-166X - ISBN : 978-2-11-095828-0

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