w04_Détermination Expérimentale Évolution Des Contraintes Dans Une Poutre Mixte Acier-bthp Préfléchie

57BLPCn273 dcembre 2008

Dterminationexprimentale,aumoyenduncontraintemtreactif,delvolutiondescontraintesdansunepoutremixteacier-bthpprflchie

RsumLa validation du fonctionnement dune poutre mixte acier-BTHP prflchie innovante a ncessit daccder directement la rserve de compression apporte par la prflexion, et son volution en fonction du comportement diffr du bton compte tenu du programme de chargement de la structure. cet effet a t mis au point un contraintemtre prototype miniaturis, constitu dun vrin plat noy dont la pression est en permanence rgule pour assurer une dformation de compression identique celle dune section de rfrence. Les dformations enregistres sont de bonne qualit et se situent dans une fourchette tout fait satisfaisante par rapport au calcul. Les variations de contrainte sur quelques heures sont mesures avec une prcision de lordre de 0,2 MPa, mais les questions de stabilit lectrique sont critiques. Au bout de quatre mois dacquisition des donnes, lcart entre la valeur absolue de la contrainte et son valuation par le calcul est dau plus 1 MPa pour la poutre mixte instrumente avec les deux contraintemtres. Cette valuation prcise des contraintes a permis de confirmer lintrt demployer un BTHP dans ce type de structure mixte, en valorisant la rsistance en compression plus leve et les dformations diffres plus faibles des btons de cette gamme.

Experimentaldeterminationofthestressevolutioninaprebentsteel-VHPCcompositebeambymeansofanactivestressmeterAbstrACt

Validating the behavior of a prebent, innovative steel-very high-performance concrete (VHPC) composite beam requires both a direct identification of the compression reserve provided by the prebending and monitoring of its evolution as a function of the delayed concrete behavior, depending on the loading program imposed upon the structure. For this purpose, a miniaturized prototype stressmeter was developed; the device has been composed of a flat embedded jack whose pressure is being constantly controlled in order to produce a compressive strain identical to that of a reference cross-section. The strains recorded are of good quality and lie within a satisfactory range compared to computation results. Stress variations over a several-hour period are measured with a precision of nearly 0.2 MPa, yet concerns over electrical stability remain critical. After a four-month data acquisition period, the deviation between the absolute value of stress and its estimation by computation equals at most 1 MPa for the composite beam instrumented with the two stressmeters. This precise evaluation of stresses has made it possible to confirm the advantages of using VHPC for this type of composite structure, with a beneficial application of the higher compressive strength and lower delayed strains for this range of concrete.

Stphanie STAQUET1,2rick MERLIOT3

Cyril NGUYEN VAN PHU3Franois DERKX3

Franois TOUTLEMONDE1*1Universit Paris-Est, LCPC, FDOA,

Paris, France2Universit Libre de Bruxelles, BATir,

Bruxelles, Belgique3Universit Paris-Est, LCPC, MI,

Paris, France

* Auteur contacter : Franois TOUTLEMONDE

[email protected]

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9Manuscrit auteur, publi dans "Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chausses, 273 (2008) pp 57-91"

58 BLPCn273 dcembre 2008

PourquoiunContrAintEmtrEACtif?

Fonctionnement des poutres prflchies et validation

La technique des poutres prflchies, qui consiste enrober de bton le talon infrieur dune pou-

trelle mtallique pralablement flchie, puis la relcher, une fois le bton durci, de faon le

mettre en prcontrainte, a t invente en Belgique sous le nom de poutre Prflex [1]. La squence

typique de construction dune poutre prflchie (figure 1) est la suivante.

a Pose dun profil mtallique avec contre-flche sur deux appuis situs ses extrmits.

b Application de deux efforts concentrs au quart et aux trois quarts de la porte de manire

annuler la contre-flche initiale.

c Coulage du bton de 1re phase (C50/60) autour de la semelle infrieure du profil avec maintien

des efforts appliqus ltape prcdente.

d Deux jours environ aprs ce coulage, relchement des efforts. La poutre remonte et la contre-

flche rsultante est plus petite que celle de dpart ; le talon de bton est comprim.

e Coulage du bton de 2e phase (hourdis suprieur). Cette phase est le plus souvent ralise sur site,

par opposition aux phases prcdentes ralises en usine.

La prsente recherche, entreprise sur la plate-forme dessai des structures du LCPC dans le cadre

du projet national MIKTI, vise tendre cette technique aux btons trs hautes performances

(BTHP). Le principal avantage potentiel dun BTHP avec fume de silice, comme lont montr les

tudes thoriques [2, 3], est la diminution des pertes de prcontraintes du systme grce une dimi-

nution significative des dformations de fluage [4]. Linnovation pourrait sappliquer des ponts-

rails, lorsque la rigidit doit tre augmente vis--vis de critres spcifiques aux TGV, ou quand

lencombrement de la structure doit tre minimis (contrainte de gabarit). La validation recherche

par le programme exprimental [5] porte donc notamment sur la capacit de prdire correctement

ltat de contrainte dans le talon de la poutre prflchie, compte tenu dune squence de chargement

reprsentative des phases relles de construction douvrages et compte tenu du fluage du BTHP, les

hypothses de dimensionnement issues de la classe II du BPEL [6] visant classiquement une non-

dcompression sous charges permanentes, voire frquentes, et des tractions infrieures 80 % de la

figure 1 tapes de construction

dune poutre mixte prflchie.

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rsistance sous charges de service rares. Vis--vis de cet objectif, la mesure des dformations nest

pas suffisante et une mthode de mesure directe des contraintes constitue un complment dintrt

majeur pour apprcier la rserve de compression de la structure.

Mesure directe de contraintes : tat de lart et spcificits requises

Dans une structure en bton de laboratoire, la mesure directe des contraintes pouvait utiliser un

vrin ultra-plat asservi [7] par analogie avec la mthode de libration [8]. La pression dhuile, asser-

vie en permanence, quilibre la contrainte de compression qui sapplique sur la facette matrialise

par le vrin. Lasservissement consiste, en faisant varier la pression dans le vrin, galer le signal

de dformation des jauges actives situes dans la zone dinfluence du vrin, la mesure de jauges

dites de rfrence situes dans une section loigne soumise aux mmes efforts. Un tel dispositif

prototype a t valid au Laboratoire rgional des Ponts et Chausses de lEst Parisien par un suivi

sur plusieurs mois avec un vrin de 7 cm de diamtre noy dans une prouvette de fluage (cylindre

de diamtre 16 cm et hauteur 100 cm, soumis une compression constante). La dimension des pou-

tres testes ici (50 mm de BTHP environ au-dessus et en-dessous de la semelle du profil mtalli-

que) imposait une miniaturisation plus pousse. Le systme devait galement fonctionner dans une

section soumise des gradients significatifs (carts denviron 1,3 MPa par cm selon la hauteur dans

le talon de la poutre) et des variations temporelles de contrainte lies au processus de chargement

(passage en quelques dizaines de minutes dune contrainte nulle une contrainte maximale estime

28 MPa, lors du relchement de la prflexion en fibre infrieure, pertes progressives de compres-

sion au cours des chargements successifs avec dformations diffres du bton).

Compte tenu des incertitudes sur la fiabilit des vrins plats miniaturiss et la capacit obtenir des

mesures fiables sur des dures de plusieurs mois, ainsi que des contraintes de place et de budget, il

a t dcid de prvoir pour une des deux poutres testes deux contraintemtres avec un asservisse-

ment conjoint. Placs dans la zone centrale soumise au moment maximum li la prflexion, lun

0,225 m, lautre 1,575 m du milieu de la poutre, les deux contraintemtres devaient donner des

indications proches, lcart tant li au moment du poids propre et des charges rparties entre les

sections concernes. Les sections symtriques permettaient dimplanter les jauges de rfrence. Les

dformations longitudinales taient mesures simultanment dans la zone de moment de prflexion

constant (de longueur 6 m pour une porte de 11 m pour les poutres, une fois poses sur le talon

de bton) par des extensomtres corde vibrante ou utilisant des capteurs LVDT, ainsi que par des

jauges de dformation.

rAlisAtionDEsContrAintEmtrEsACtifs

Vrins, asservissement hydraulique et scurits

Le vrin plat (figures 2 4) se compose de deux plaques circulaires dpaisseur 0,3 mm soudes au

laser sur un cylindre de mme paisseur en forme de soufflet, minimisant ainsi la rigidit du vrin.

Le vrin a un diamtre de 30 mm, une paisseur de 7,4 mm et une masse de 4,7 g sans les tuyaux de

raccordement. Confin dans le bton, il peut supporter une pression interne de lordre de 50 MPa.

Deux jauges noyes (partie active de longueur 6 mm dans une enveloppe en composite adhrence

amliore, destine tre noye dans du bton, de dimensions 25 10 1 mm) sont disposes res-

pectivement 7 mm de chaque ct du vrin. Ces jauges noyes sont situes dans la zone o le vrin

a le plus dinfluence, soit une demi-sphre de 15 mm de rayon de chaque ct du vrin. Le dispositif

hydraulique (figures 5 et 6) est pilot avec un PC et un logiciel de contrle-commande spcifique. Il

comprend un gnrateur de pression et un ensemble dlectrovannes permettant dasservir en alter-

nance deux vrins. Si le gnrateur de pression arrive en bute, il se remplit automatiquement grce

une rserve dhuile. En cas de panne de courant, les vrins sont isols et conservent leur pression.

Lensemble redmarre automatiquement et les pressions sont rtablies avant que lasservissement

ne reprenne. Lensemble est ainsi totalement autonome. Le circuit hydraulique a t modlis sous

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figure 5Vue globale du systme hydraulique et raccordements des jauges actives et de rfrence.

figure 2 Positionnement des micro-

vrins plats (diamtre 30 mm) et raccords.

figure 3 Vrin ultra-plat de

diamtre 30 mm entre ses jauges actives noyer,

avant coulage.

figure 4 Vrin plat, jauges actives et jauges de rfrence de part et dautre de la mi-

porte.

figure 6Schma de principe du contraintemtre et table de contrle hydraulique.

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simulink afin den dduire la loi de contrle adquate (figure 7a). Lasservissement des jauges se fait

en boucle ferme par un correcteur de type proportionnel. Sur la figure 7b, on peut voir la rponse

indicielle. Afin davoir des temps de rponses rapides, le logiciel utilis scrute dans un thread, la

vitesse dexcution maximale, les valeurs numrises des dformations donnes par les jauges, et

dclenche la correction ds que le seuil limite de dtection a t franchi. On a constat un bon fonc-

tionnement de la boucle dasservissement, conforme la simulation. Des scurits logicielles ont

t mises en place, lesquelles dsactivent le moteur et la boucle dasservissement en cas de valeurs

dviantes des jauges : cart excessif entre jauges redondantes, saturation du signal de mesure.

figure 7a : modle de

lasservissementb : rponse indicielle en

boucle ferme.

ab

Mise en uvre dans la structure

La prcision de linformation recherche a ncessit un maintien relativement rigide des vrins

plats et des jauges grce des fils mtalliques tendus sur le ferraillage passif (figure 3). La rholo-

gie du BTHP mis en uvre a fait lobjet dune mise au point spcifique [9], de faon assurer un

enrobage parfait en sous-face du profil et autour des instruments noys (figure 8a). lautopsie

du corps dpreuve, une fois atteint ltat limite ultime sous chargement monotone croissant, le

dgagement du bton a permis de vrifier la position des contraintemtres (figure 8b) : orientation

satisfaisante, distance la semelle de 14 mm pour lun, 18 mm pour lautre, par rapport une cote

thorique de 15 mm. Les raccordements hydrauliques ont t calorifugs (figure 5) de faon viter

des perturbations lies lexposition thermique (clairage solaire). Le zro des jauges avait t fait

avant coulage ; en revanche le raccordement hydraulique a t effectu juste avant le relchement

du profil.

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AnAlysEDuComPortEmEntDubtHPlCHEllEDProuVEttEsDElAborAtoirE

Optimisation de la formulation du BTHP

Dans le cadre de ce projet, la formulation du BTHP devait satisfaire les critres suivants.

a La rsistance moyenne la compression 2 jours fc2 devait tre au moins gale 55 MPa et

infrieure 65 MPa de manire obtenir un rapport de 40 % entre la contrainte maximale en com-

pression applique 2 jours au bton et la rsistance moyenne la compression du BTHP 2 jours.

Ce pourcentage correspond la valeur pratique utilise dans les poutres prfabriques actuelles.

b La rsistance moyenne la compression 28 jours fc28

devait atteindre 95 MPa (ce qui corres-

pond une rsistance caractristique de 80 MPa).

c Les proprits rhologiques devaient rester constantes durant au moins une heure et demie (pas

de perte douvrabilit). En effet, comme le volume total de bton ncessaire pour couler une pou-

tre de 13 m tait denviron 500 litres alors que la capacit maximale du malaxeur ntait que de

160 litres, quatre gches successives devaient tre effectues. Comme le malaxage prenait 5 min et

le coulage 15 20 min, la dure totale du coulage de la poutre tait denviron une heure et demie.

d Le diamtre maximal des granulats tait limit 12,5 mm pour viter des blocages dans les zones

les plus confines.

Les points a , b et d ont entran les choix prliminaires suivants, avant mme la dtermination

des proportions : un calcaire dur avec un diamtre maximal de 12,5 mm pour les granulats ; un

pourcentage lev en C3A dans le ciment ; un rapport fume de silice/ciment de 10 % ; une quantit

de ciment denviron 500 et un rapport eau/liant denviron 0,3. Sur la base de simula-

tions faites avec BetonLabPro dvelopp au LCPC [10], les proportions des constituants ont t

dtermines et sont donnes ci-aprs : gravillons 4/12,5 (calcaire du Boulonnais), 920 ;

sable 0/4 (calcaire du Boulonnais), 379 ; sable 0/4 (silico-calcaire roul), 369 ;

ciment CEM I 52,5 N CE CP2 NF, 500 ; fume de silice (SEPR), 50 ; eau de

gchage, 165 .

Le point c , ainsi que les critres rhologiques ont impliqu le choix (superplastifiant polyphospho-

nate) et la quantit (10 ) de ladjuvant, ce qui correspond un talement moyen de 70 cm [8].

Caractrisation mcanique instantane du BTHP

Lvolution des proprits mcaniques du BTHP a t dtermine aux ges suivants : 1, 2, 7,

28, 56, 100 et 168 jours, ce qui correspond des vnements spcifiques de chargement ou de

figure 8 Insertion dans le talon

BTHPa : fluidit requise ltat

fraisb : vrification de position

aprs autopsie.

a b

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changement dappui des poutres instrumentes. Deux types de conditions de stockage ont t

utilises pour les prouvettes : sous eau 20 oC et sous des conditions ambiantes variables (de 15

25 oC et de 20 60 % dhumidit relative (HR)) proximit des poutres. Deux tailles standard

dprouvettes cylindriques ont t utilises : la premire a un diamtre de 16 cm et une hauteur

de 32 cm et la seconde a un rayon de 5,5 cm et une hauteur de 22 cm, ce qui correspond lpais-

seur du BTHP situ autour de la semelle infrieure du profil mtallique (de 5 5,5 cm). Le

tableau 1, les figures 9 et 10 montrent lvolution de la rsistance la compression du BTHP et lvolution du module dYoung du BTHP. La figure 8 illustre lvolution de la rsistance en trac-

tion du BTHP obtenue par fendage sur cylindre ( 11,h22). Chaque valeur du tableau 1, ainsi

que des figures 9 11 est la moyenne de trois tests mcaniques. Ces rsultats confirment leffet

favorable de la cure sous eau sur les proprits mcaniques du BTHP. Au contraire, en raison

du schage assez svre, les conditions ambiantes variables du laboratoire dessai de structures

(humidit comprise entre 20 et 60 % avec une moyenne de 43 %) ont un effet dfavorable sur

lvolution du module dYoung et des rsistances des cylindres, en particulier si leur diamtre

est plus faible.

figure 9 volution de la rsistance moyenne la compression

sur cylindre du BTHP.

Rsistance moyenne la compression (MPa)

545862667074788286909498

102106110114118122126130

1 10 100 1000Temps (j)

Sous eau (16,h32)Sous eau (11,h22)Conditions ambiantes variables (11,h22)

tableau 1 Proprits mcaniques instantanes du BTHP.

Rsistance en compression (MPa)

Module dYoung (GPa)

Sous eau 20 oC Ambiance variable

Sous eau 20 oC Ambiance variable

ge Cylindre Cylindre Cylindre Cylindre

(jours) ( 11,h22) ( 16,h32) ( 11,h22) ( 11,h22) ( 16,h32) ( 11,h22)

1 55,4 55,5 39,6 36,3

2 73,4 76,1 71,5 40,6 41,0 38,1

7 87,8 40,5

28 118,4 116,2 99,3 46,4 47,6 42,8

56 127,2 126,2 103,1 47,6 48,6 43,3

100 103,3 43,4

168 106,1 43,3hal-0

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Caractrisation des dformations diffres du BTHP

Pour tirer parti du remplacement du BHP par un BTHP (C50/60 actuellement utilis en Belgique), des

essais de retrait et de fluage ont t raliss dans les conditions ambiantes variables [11, 12, 13], prs des poutres dessai, sur des cylindres de diamtre 16 cm et de hauteur 100 cm (figure 12), de manire pouvoir effectuer une analyse structurale correcte du comportement long terme des poutres. Les

conditions dessais sont en liaison troite avec les phases de construction et lhistoire de chargement

des poutres instrumentes. Tout dabord, les poutres sont exposes aux conditions ambiantes variables

(16 25 oC ; 20 60 % HR ; figure 13) un jour dge du bton, puis les efforts de prflexion (appli-qus sur les poutres avant le btonnage) sont retirs deux jours dge, de sorte que le bton est ds lors

prcontraint un niveau thorique de 23 MPa en compression. De cette manire, le niveau de contrainte

appliqu au bton 2 jours est limit 40 % de sa rsistance, de sorte que les effets non linaires

influenant fortement la fonction de fluage des niveaux levs de contrainte sont vits. Ensuite, des

charges permanentes (40 kN par poutre sous forme de masses en plomb, reprsentant la charge du

bton de 2e phase, des superstructures et du ballast) ont t appliques sur les poutres 56 jours. Les

recommandations du comit RILEM TC 107 [14] pour la ralisation de tests de retrait et de fluage ont t suivies. Toutes les prouvettes ont t exposes aux conditions variables un jour dge. Les prou-

vettes de fluage ont t charges des ges divers (2 jours et 28 jours) sous une contrainte constante de

compression de 23 MPa et lune dentre elles a t compltement dcharge 56 jours.

figure 10 volution du module

dYoung du BTHP.

figure 11 volution de la rsistance en traction par fendage sur

cylindre du BTHP.

Temps (j)

Module d'Young (GPa)

36373839404142434445464748

1 10 100 1000

Sous eau (16,h32)Sous eau (11,h22)Conditions ambiantes variables (11,h22)

Temps (j)

Rsistance moyenne en traction par fendage (MPa)

1,01,52,02,53,03,54,04,55,05,56,06,57,0

1 10 100 1000

Sous eau (11,h22)Conditions ambiantes variables (11,h22)

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moDlisAtionDEsEffEtsDiffrsDubtHP

Les mthodes de calcul traitant du comportement diffr des structures en bton appliquent gn-

ralement le principe de superposition, ce qui suppose que les dformations de fluage du bton

dpendent linairement du niveau de contrainte appliqu. Cependant, en cas de dchargement par-

tiel aprs une priode assez longue de fluage en compression, la recouvrance est significativement

plus petite que celle prdite par le principe de superposition [15]. Dans le cas des poutres mixtes

prflchies testes, la fibre infrieure du talon en bton subit une dcompression quand les charges

permanentes sont appliques 56 jours. Parmi les approches possibles, le premier auteur a dj

utilis la mthode aux deux fonctions propose par Yue et Taerwe [15] pour optimiser le calcul du

comportement long terme de ponts-bacs prfabriqus en Belgique. Lapplication de cette mthode

a donn des valeurs de dformations en bon accord avec les mesures in situ, et en meilleur accord

que les valeurs calcules en appliquant le principe de superposition [16]. Dans cette mthode, le

comportement non linaire caus par le dchargement est divis en deux parties [15] : une loi

linaire classique de fluage J pour le chargement et une loi de recouvrance Jr pour le dchargement.

La dformation totale (instantane et diffre) est calcule suivant lquation (1).

figure 12 Btis de fluage en

conditions ambiantes variables prs de la poutre

instrumente.

figure 13 volution des conditions

ambiantes variables autour des poutres : temprature

et humidit relative.

Conditions ambiantes variables

0

10

20

30

40

50

60

70

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112t-2 (j)

Humidit relative ambiante (%)Temprature ambiante (C)

yTemprature = 0,04x + 21,6

yHumidit relative = 0,02x + 43,3

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avec J(t,ti) la fonction de fluage

la valeur de contrainte en compression (suppose tre un chargement) applique en t0

la variation de contrainte en ti (chargement ou dchargement)

Jr(t,t

0,t

i) la fonction de recouvrance

Daprs Yue et Taerwe [15], la fonction de recouvrance de fluage sexprime selon lquation (2).

si (dchargement)

si (chargement)

(2)

avec E(ti) le module dlasticit du bton en t

i

E(ti) le module dlasticit du bton 28 jours

Le premier auteur de cet article a une bonne exprience de la version 1999 du code modle

CEB-MC90 [17, 18] utilis pour calculer le retrait et le fluage du bton C50/60 [16]. Nous utilisons

galement ce modle pour prdire le retrait et le fluage du BTHP. Pour des histoires variables de

temprature, ce modle propose dutiliser le concept de temps quivalent qui permet de prendre en

compte la maturit effective du bton. Suivant la loi dArrhenius, le temps quivalent t0t [17] est

tout dabord calcul selon lquation (4) :

avec le ime intervalle de temps

Ti la temprature durant (en oC).

Ensuite, suivant le type de ciment, un temps quivalent t0eff [16] est calcul selon lquation (5).

o pour du ciment prise lente

0 pour du ciment normal

1 pour du ciment prise rapide

ComPArAisonEntrElEsDonnEsExPrimEntAlEs EtlEsVAlEursPrDitEsDEsEffEtsDiffrsDubtHP

Nous comparons ci-aprs les rsultats des essais de retrait et de fluage du BTHP en conditions

ambiantes variables avec les valeurs prdites par la version 1999 du modle CEB-MC90 [17, 18]

pour le retrait et le fluage, en utilisant le cas chant la fonction de recouvrance de fluage dcrite

par lquation (2) en cas de dchargement. La figure 14 montre que lvolution du retrait du BTHP

expos un jour aux conditions ambiantes variables est, globalement, en assez bon accord avec

les valeurs prdites par le code modle CEB90 (version 99), mais que le modle sous-estime le

retrait intervenant durant les premiers jours qui suivent lexposition au schage. Lhumidit rela-

(1)

(3)

(4)

(5)

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tive externe a t suppose constante dans le calcul et prise gale la valeur moyenne de 43 %. Les

figures 15 et 16 illustrent les fonctions de fluage mesures sur des prouvettes charges 2 jours

sous une contrainte constante de 23 MPa, puis dcharge compltement 56 jours pour lune

dentre elles, et exposes aux conditions ambiantes variables 1 jour avec les valeurs prdites par

le modle CEB90 (version 1999) avec application du principe de superposition ou avec la loi de

recouvrance donne par lquation (2) pour le dchargement. La diffrence entre les mesures et

les valeurs calcules aprs dchargement est significative quand le principe de superposition est

appliqu, tandis que la tendance des valeurs exprimentales est bien reproduite ds lors quon

utilise la loi de recouvrance de fluage dcrite par lquation (2). Enfin, la figure 17 montre la fonc-

tion de fluage de lprouvette charge 28 jours et expose aux conditions ambiantes variables

1 jour avec les valeurs prdites par le modle CEB90 (version 99). Ce modle tend surestimer les

valeurs de fluage long terme de ce BTHP charg 28 jours. Le modle AFREM pourrait fournir

une meilleure estimation des dformations de fluage pour ce bton, sous rserve dun chargement

ralis maturit importante [4, 5].

prouvette (16,h100) expose au schage un jour en conditionsambiantes variables

0

10

20

30

40

50

60

70

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000t-2 (j)

J total exprimental, ts = 1 jour, humidit relative moyenne de 43 %J total calcul, ts =1 jour, humidit relative moyenne de 43 %

Fonction de fluage total (10-6/MPa)

figure 14 volution du retrait du BTHP expos 1 jour

aux conditions ambiantes variables et valeurs

prdites par le modle CEB90 (version 99).

figure 15 Fonction de fluage du

BTHP charg 2 jours et expos 1 jour aux conditions ambiantes

variables et valeurs prdites par le modle

CEB90 (version 99).

prouvette (16,h100) expose au schage un jour en conditions ambiantes variables

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112t-1 (j)

Retrait total (m/m)

Retrait total mesur, ts = 1 jour, humidit relative moyenne de 43 %Retrait total calcul, ts = 1 jour, humidit relative moyenne de 43 %

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HistoriquEDEsCHArgEmEntsrAlisssurlAPoutrE

Les tapes de construction a d dcrites sur la figure 1 ont t ralises pour les poutres pro-

totypes testes sur la plate-forme dessais du LCPC sur un profil mtallique HEB 360, de 13 m

de longueur, en utilisant le bton autoplaant trs hautes performances dcrit prcdemment.

La figure 18 illustre la section de la poutre mixte dans laquelle lpaisseur de bton situe en-

dessous de la semelle infrieure du profil nest que de 55 mm. En plus des armatures passives

longitudinales (diamtre 12 mm), des triers (diamtre 8 mm) ont t disposs tous les 15 cm

le long de la semelle et des butes en acier (25 25 200 mm) ont t soudes la semelle

infrieure du profil tous les 45 cm (figure 19). Traversant lme du profil, les triers favorisent

le transfert rgulier des contraintes entre le bton et lacier, ce qui assure le fonctionnement en

section mixte de la structure. La figure 20 illustre ltape de prflexion du profil (tape b et

mise en place du coffrage avant ltape c ; cf. figure 1). La mise en compression du bton du

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

J total mesur, t1 = 56 jours, humidit relative moyenne de 43 %J total calcul, t1 = 56 jours, avec fonction de recouvranceJ total calcul, t1 = 56 jours, principe de superposition


0

10

20

30

40

50

60

70

t-2 (j)

Fonction de fluage total (10-6/MPa)figure 16

Fonction de fluage du BTHP expos aux conditions ambiantes

variables 1 jour, charg 2 jours, puis dcharg compltement 56 jours

et valeurs prdites par le modle CEB90

(version 99) pour le fluage et par le modle de Yue et

Taerwe (quation (2)) pour la recouvrance.

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000t-28 (j)


0

10

20

30

40

50

60

70

J total exprimental, ts = 1 jour, humidit relative moyenne de 43 %J total calcul, ts =1 jour, humidit relative moyenne de 43 %

Fonction de fluage total (10-6/MPa)figure 17

Fonction de fluage du BTHP expos aux conditions ambiantes

variables 1 jour, charg 28 jours et valeurs prdites

par le modle CEB90 (version 99).

hal-0

0376

793,

ver

sion

1 - 2

0 Ap

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9


talon (figure 21) a eu lieu 51 h aprs btonnage, par relchement des deux efforts de 137,5 kN

initialement appliqus sur le profil mtallique et situs respectivement au quart et aux trois

quarts de la porte (figure 22), ce qui correspond un moment maximal de 412,5 .

9 jours dge, la poutre mixte a t installe sur ses appuis dfinitifs avec une porte de 11 m au

lieu de 12 m initialement (figure 23). La variation de moment au niveau du vrin situ 1,575 m

de la mi-porte (V1) est alors de et de au niveau du vrin situ

0,225 m de la mi-porte (V2).

Deux mois aprs le coulage, des charges permanentes reprsentant la charge du bton de seconde

phase, des superstructures et du ballast (matrialises par des gueuses en plomb de 35 40 kg

poses sur un profil mtallique servant de bac sur toute la semelle suprieure) ont t rparties

sur la poutre, pour arriver ainsi un total de 4 026 kg (figure 24). La variation de moment due

ces charges est de 49,85 en V1 et de 54,21 en V2. Ont t ralises des mesures

continues de lvolution de la flche, ainsi que de nombreuses mesures complmentaires de dfor-

mations, sur les surfaces de bton notamment (figure 25), en diffrentes sections correspondant

des abscisses X de 4 m, 6 m, 6,5 m et 8,5 m (figure 26). Les abscisses des extrmits du profil

mtallique sont respectivement 0 et 13 m.

figure 19 triers tous les 15 cm le

long de la poutre et butes soudes en dessous de

la semelle infrieure du profil mtallique tous les

45 cm.

figure 18 Section des poutres

prflchies instrumentes (dimensions en mm).

hal-0

0376

793,

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1 - 2

0 Ap

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9


figure 22 Emplacement des forces appliques

durant le transfert de la prcontrainte la

poutre mixte 51 h aprs le btonnage.

figure 24Charges rparties (40 kN) sur la poutre mixte 57 jours dge du bton. mi-porte, poste dasservissement des deux contraintemtres.

figure 25Jauges de dformation colles sur les surfaces du talon en bton pour suivre lvolution des dformations.

figure 20Prflexion du profil mtallique (tape b ) et mise en place du coffrage.

figure 21Transfert de la prcontrainte la poutre mixte 51 h aprs le btonnage.

figure 23 Mise en place de la poutre

sur ses appuis dfinitifs 9 jours dge.

hal-0

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793,

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0 Ap

r 200

9


ComPArAisonEntrElEsmEsurEsEtlEsVAlEursCAlCulEsCArACtrisAntlEComPortEmEnt de la poutRe instRumente

La figure 13 illustrait lvolution des conditions ambiantes prs de la poutre instrumente, savoir

une temprature moyenne de 21,6 oC et une humidit relative moyenne de 43 % sur une priode de

quatre mois. Dans les valeurs calcules du comportement de la poutre instrumente, une valeur dhu-

midit relative constante de 40 % a t utilise comme condition aux limites pour le calcul du schage.

La figure 27 montre lvolution de la temprature enregistre au cur du talon en BTHP ( 30 mm de

la surface libre) durant les 56 premires heures aprs le btonnage. Cette volution raliste de temp-

rature a t prise en compte dans les calculs des dformations et des contraintes dans la poutre.

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56Temps (h)

Temprature (C)

Cur du talon en bton de la poutreConditions ambiantes variables

Les figures 28 et 29 montrent les volutions des dformations mesures et calcules suivant la

mthode aux deux fonctions avec la loi de recouvrance de fluage de lquation (2), en trois points

de la surface du talon en bton et en deux sections dabscisse X de 4 m et 6,5 m. Laccord entre les

mesures et les valeurs calcules est trs satisfaisant, en particulier au jeune ge. Un point intressant

est linfluence du modle de retrait et de fluage lui-mme sur les valeurs prdites. Pour cela, la dfor-

mation de retrait et le coefficient de fluage calculs suivant la version 1999 du modle CEB-MC90

ont t rduits de 30 % chaque pas de temps (par multiplication par un coefficient k de 0,7) ou aug-

figure 27 volution de la

temprature enregistre dans lair ambiant et au

cur du talon en bton de la poutre instrumente

figure 26 Emplacement des

jauges longitudinales de dformation colles sur

les surfaces de bton pour les dimensions en mm,

sections dabscisses X = 4 m et X = 6,5 m.

hal-0

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793,

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9


ments de 30 % chaque pas de temps (par multiplication par un facteur k de 1,3). Cette influence

est illustre par la figure 29 qui compare lvolution des dformations mesures en trois points de la

surface du talon en bton mi-porte aux trois sries de dformations calcules pour des coefficients

k de 0,7, 1 et 1,3 respectivement. Le meilleur accord entre les dformations mesures et les valeurs

calcules est obtenu pour une valeur de k gale 0,7. La figure 30 montre lvolution de la flche

mesure mi-porte (abscisse 6,5 m) et celle de la flche calcule suivant la mthode aux deux fonc-

tions. Lvolution de la flche est trs limite quand lge du bton est suprieur deux mois ce

qui correspond la priode o une part significative du retrait et du fluage a dj eu lieu , ce qui

confirme lintrt dun BTHP pour ce type de poutre prflchie. De plus, un bon accord est obtenu

entre les mesures et les flches calcules par la mthode aux deux fonctions.

-1100

-1000

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

0,01 0,1 1 10 100 1000t-2 (j)

Dformations (m/m)

JB1SL 4 m (mesures) JB1SL 4 m (calculs)JB3ML 4 m (mesures) JB3ML 4 m (calculs)JB5IL 4 m (mesures) JB5IL 4 m (calculs)

-1100

-1000

-900

-800

-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

0,01 0,1 1 10 100 1000t-2 (j)

Dformations (m/m)

JB1SL 6,5 m (M) JB3ML 6,5 m (M) JB5IL 6,5 m (M)JB1SL 6,5 m (C, k = 0,7) JB3ML 6,5 m (C, k = 0,7) JB5IL 6,5 m (C, k = 0,7)JB1SL 6,5 m (C, k = 1) JB3ML 6,5 m (C, k = 1) JB5IL 6,5 m (C, k = 1)JB1SL 6,5 m (C, k = 1,3) JB3ML 6,5 m (C, k = 1,3) JB5IL 6,5 m (C, k = 1,3)

figure 28 volution des

dformations mesures et calcules dans le BTHP

la section dabscisse X = 4 m.


dformations mesures (M) et calcules (C) dans

le BTHP mi-porte (X = 6,5 m) pour trois

valeurs du coefficient k.

hal-0

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Flche mi-porte (mm)

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0,01 0,1 1 10 100 1000t-2 (j)

Flche mi-porte mesureFlche mi-porte calcule

La figure 31 montre lvolution des contraintes calcules par la mthode aux deux fonctions en

trois points de la surface du talon en bton en X = 4 m. Une valeur positive de contrainte corres-

pond une compression. la fibre infrieure du talon en bton (JB5IL), la contrainte maximale

atteinte aprs transfert de la prcontrainte est de 19,5 MPa et la variation de contrainte (en traction)

due lapplication des charges permanentes deux mois aprs btonnage est de 2,6 MPa. Huit mois

aprs la construction de la poutre, la valeur de contrainte atteinte la fibre infrieure du bton est

de 3 MPa en compression. la fibre suprieure du bton (JB1SL), la valeur de contrainte atteinte

est de 0,4 MPa en traction pour k = 0,7 ; 1,8 MPa en traction pour k = 1 et 3,2 MPa en traction pour

k = 1,3 huit mois dge du bton. Comme le meilleur accord entre les donnes exprimentales et

les valeurs prdites a t observ pour k = 0,7, ltat de contrainte le plus probable la fibre sup-

rieure du bton est de 0,4 MPa en traction huit mois dge. Cela signifie que le critre de maintien

dun tat de compression dans toute lpaisseur du talon en bton sous charges permanentes na

figure 30 volution des flches

mesure et calcule de la poutre mi-porte

(X = 6,5 m)

Contrainte en X = 4 m (MPa)

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0,01 0,1 1 10 100 1000t-2 (j)

JB5IL, X = 4 mJB3ML, X = 4 mJB1SL, X = 4 m

Conditions ambiantes : 20C, 40 % RH

figure 31 volution des contraintes

dans le bton calcules avec la fonction de

recouvrance la section X = 4 m.

hal-0

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9


probablement pas t respect dans la poutre instrumente. En fait, les efforts de prflexion auraient

d tre plus levs que ceux qui ont t effectivement appliqus sur la poutre instrumente, de

manire prcontraindre le bton un niveau maximal de 28 MPa la fibre infrieure du bton au

lieu de 19,5 MPa. En effet, avant ltape b (cf. figure 1), le profil mtallique subit plusieurs cycles

de chargement et de dchargement de manire liminer les contraintes rsiduelles dues au procd

de fabrication. Suite cette tape, la contre-flche du profil devient plus petite que la contre-flche

initiale. Dans le cadre de ce projet, la perte de contre-flche aprs cette tape tait significative-

ment plus leve que celle prvue. Comme le coffrage devait tre maintenu horizontalement durant

le btonnage du BTHP, les efforts maximums possibles de prflexion taient plus faibles que les

valeurs prvues initialement.

Linfluence du paramtre k est illustre sur la figure 32 avec lvolution des trois sries de contrain-

tes calcules pour trois valeurs de k en trois points de la surface du talon en bton mi-porte. la

fibre infrieure du bton (JB5IL), les valeurs calcules des contraintes, atteintes huit mois aprs la

construction de la poutre, taient des compressions de 3,5 MPa pour k = 0,7 ; 2,5 MPa pour k = 1 et

1,5 MPa pour k = 1,3. On voit qu ce stade, linfluence du modle lui-mme sur ltat de contrainte

dans le bton est limite 1 MPa, tant donn le faible niveau rsiduel de contrainte en compres-

sion existant dans le bton sous charges permanentes, qui conduit de trs faibles dformations de

fluage.

-8-6-4

-2

02

4

68

1012

14

161820

0,01 0,1 1 10 100 1000

JB5IL, k = 0,7 JB3ML, k = 0,7 JB1SL, k = 0,7JB5IL, k = 1 JB3ML, k = 1 JB1SL, k = 1JB5IL, k = 1,3 JB3ML, k = 1,3 JB1SL, k = 1,3

Contrainte en X = 6,5 m (MPa)

t-2 (j)

Conditions ambiantes : 20C, 40 % RH

mEsurEsDEContrAintErAlisEs EtrEtourDExPriEnCEsurlEs ContrAintEmtrEsminiAturissPrototyPEs

Signaux des jauges : rsultats, carts, interprtation

La figure 33 prsente lvolution des dformations mesures par la paire de jauges actives associes

au vrin V1 et la paire de jauges de rfrence situes symtriquement et ce, partir du relchement

de la prflexion, soit 2,125 jours aprs le coulage du bton. Lcart maximum entre les mesures

fournies par les jauges est denviron 6 %, ce qui est tout fait raisonnable compte tenu de lincerti-

tude relative lie leur positionnement, prcis au mm prs.


dans le bton calcules avec la fonction de

recouvrance mi-porte (X = 6,5 m) et pour trois valeurs du coefficient k.

hal-0

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Dformations (m/m)

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126t-2,125 (j)

Contraintemtre 1

Dformation calcule en y = 13 mmJauge active 1Jauge de rfrence 2Dformation calcule en y = 26 mmJauge de rfrence 1Jauge active 2Dformation calcule en y = 41 mm

Est galement reprsente sur la figure 33 lvolution des dformations calcules en trois points du

vrin V1 (centre et cotes minimales et maximales par rapport lintrados) par la mthode aux deux

fonctions utilisant le code modle CEB-MC90 dans sa version 99 pour la prdiction du retrait et du

fluage [17, 18] et le modle de Yue et Taerwe [15] pour la loi de recouvrance. Les valeurs prdites

au niveau du centre du vrin sont en bon accord avec ces mesures qui pilotent lasservissement du

contraintemtre 1.


dformations mesures et calcules au niveau du

vrin V1 (X = 4,5 m).

Dformations (m/m)

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112t-2,125 (j)

Jauge active 2Jauge de rfrence 2Dformation calcule en y = 6,5 mmMoyenne des rfrencesMoyenne des activesDformation calcule en y = 22 mmJauge de rfrence 1Dformation calcule en y = 38 mmJauge active 1

Contraintemtre 2figure 34

volution des dformations mesures

et calcules au niveau du vrin V2 (X = 6 m)

hal-0

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La figure 34 prsente lvolution des dformations mesures par la paire de jauges actives associes

au vrin V2, la paire de jauges de rfrence situes symtriquement et leurs moyennes respectives

et ce, partir du relchement de la prflexion soit 2,125 jours aprs le btonnage. Lcart maximum

entre les mesures fournies par les jauges est dans ce cas-ci beaucoup plus important mais aucune

drive significative de lune dentre elles na t observe au cours du temps. En outre, les valeurs

moyennes des mesures des jauges actives et des jauges de rfrence du contraintemtre 2 sont trs

proches de celles correspondant au contraintemtre 1. Est galement reprsente sur cette figure

lvolution des dformations calcules en trois points du vrin V2 (centre et cotes minimales et

maximales par rapport lintrados) par la mthode aux deux fonctions utilisant le code modle

CEB-MC90 dans sa version 99 pour la prdiction du retrait et du fluage [17, 18] et le modle

de Yue et Taerwe [15] pour la loi de recouvrance de fluage. Les valeurs prdites au niveau du

centre du vrin sont galement en bon accord avec ces mesures qui pilotent lasservissement du

contraintemtre 2.

Signal de pression : validit, prcision, comparaison avec le calcul

La figure 35 prsente lvolution de la pression applique dans le vrin V1 partir du relchement

de la prflexion, ainsi que les contraintes prdites par la mthode de calcul dcrite dans le para-

graphe Modlisation des effets diffrs du BTHP. Des carts entre les valeurs mesures et prdites

de moins de 0,1 MPa ( lextrmit suprieure du vrin, y3 = 41 mm), de 1,7 MPa (au centre du

vrin, y2 = 26 mm) et de 3,1 MPa ( lextrmit infrieure du vrin, y1 = 13 mm dans le calcul pour

11 mm en ralit) sont obtenus immdiatement aprs le relchement de la prflexion, alors que le

calcul tient compte de la dure de lopration. Toutefois, compte tenu du trs bon accord obtenu

aprs le relchement entre les mesures fournies par les jauges et les valeurs calcules, ces carts

sont probablement attribuables un ala technique dacquisition des donnes relatives la pression

au dmarrage de lessai avec le contraintemtre 1. Il y aurait eu priorit sur la rgulation de pression

au niveau du contraintemtre 2 (contrainte lgrement plus leve) au moment du relchement

(rapide), cet cart ntant ensuite pas rattrap. En effet, le systme rgulait un vrin et puis lautre.

Les mesures de pression ont donc t translates de la valeur constante de 1,7 MPa (figure 35). Au

bout de quatre mois, les carts entre la valeur mesure et les valeurs prdites en y3, y2 et y1 sont

respectivement de 0,61 MPa ; 0,1 MPa et 0,55 MPa, soit un cart maximal de 0,42 MPa entre les

valeurs mesures et prdites de lvolution de la contrainte.

Contrainte (MPa)

0123456789

10111213141516171819

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112 119 126t-2,125 (j)

Contrainte calcule en y1 = 13 mmContrainte calcule en y2 = 26 mm

Contrainte mesure

Contrainte calcule en y3 = 41 mm

Contraintemtre 1


mesures et calcules au niveau du vrin V1.

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Lors de lapplication des charges permanentes, o les recoupements thoriques sont a priori les

mieux assurs, lestimation des contraintes laide du contraintemtre 1 scarte de moins de

0,1 MPa, au niveau du centre du vrin, des valeurs calcules.

La figure 36 prsente lvolution de la pression applique dans le vrin V2 partir du relche-

ment de la prflexion, ainsi que les contraintes prdites par la mthode de calcul dcrite dans le

paragraphe Modlisation des effets diffrs du BTHP. Des carts entre les valeurs mesures et

prdites de 2,77 MPa ( lextrmit suprieure du vrin, y3 = 38 mm) de 1 MPa (au centre du vrin,

y2 = 22 mm) et de 0,75 MPa ( lextrmit infrieure du vrin, y1 = 6,5 mm dans le calcul) sont

obtenus immdiatement aprs le relchement de la prflexion, alors que le calcul tient compte de

la dure de lopration. Dans le cas du contraintemtre 2 en particulier, la fiabilit dans le temps du

conditionnement des jauges noyes na pas t assure de manire permanente, compte tenu de la

prsence suspecte de parasites lectriques importants dans lenvironnement. Ceci a eu pour cons-

quence que la pression enregistre au cours du temps a subi priodiquement des variations brusques

et significatives de sa valeur qui ne doivent pas tre attribues un quelconque phnomne de

fluage, mais bien du parasitage lectrique. Lvolution de la pression a donc t dbarrasse dun

certain nombre de valeurs nayant aucun sens physique du point de vue du comportement structural

de la poutre (figure 36).

Contraintemtre 2

0123456789

10111213141516171819

0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 98 105 112t-2,125 (j)

Contrainte (MPa)

Contrainte mesureContrainte calcule en y1 = 6,5 mmContrainte calcule en y2 = 22 mmContrainte calcule en y3 = 38 mm

Par ailleurs, une modification de la valeur du seuil de dclenchement de lasservissement fonde

sur la diffrence entre la moyenne des jauges actives et la moyenne des jauges de rfrence a t

effectue dans le programme dacquisition et dasservissement 12 jours aprs le dmarrage de

lessai. En effet, lamplitude de lcart entre la jauge active 2 et les autres jauges du contraintem-

tre 2 semblait augmenter de manire trop importante au cours des premiers jours aprs le dbut

de lessai. On peut observer que les valeurs de pression enregistres sont perturbes entre 12 jours

et 40 jours environ, le temps sans doute ncessaire au systme pour stabiliser cette modification.

Au bout de 4 mois, les carts entre la valeur mesure et les valeurs prdites en y3, y2 et y1 sont

respectivement de 1,18 MPa ; 0,54 MPa et 0,1 MPa, soit un cart maximal de 0,6 MPa entre les

valeurs mesures et prdites de lvolution de la contrainte. Lors de lapplication des charges

permanentes, o les recoupements thoriques sont a priori les mieux assurs, lestimation des

contraintes laide du contraintemtre 2 scarte de moins de 0,1 Pa, au niveau du centre du vrin,

des valeurs calcules.


mesures et calcules au niveau du vrin V2.

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ConClusions

Lexprimentation ralise a mis en vidence deux points majeurs conditionnant la qualit des

mesures par contraintemtre actif, dune part la prcision de positionnement et dorientation des

vrins, compte tenu des conditions svres lors du btonnage, dautre part la fiabilit dans le temps

du conditionnement des jauges noyes, compte tenu de la prsence possible de parasites lectriques

importants dans lenvironnement. Cependant, sur environ quatre mois, la qualit des signaux de

dformation utiliss pour lasservissement sest avre satisfaisante et les valeurs obtenues sont

proches des rsultats du calcul thorique. Lvolution de la pression durant la mme priode illustre

une bonne rgularit et une bonne concordance entre les mesures et les valeurs calcules laide de

la mthode aux deux fonctions utilisant le code modle CEB-MC90 dans sa version 99 pour la pr-

diction du retrait et du fluage [17, 18] et le modle de Yue et Taerwe [15] pour la loi de recouvrance

de fluage (moins de 1 MPa dcart au bout de quatre mois denregistrement). Lobjectif de la mesure

directe des contraintes peut donc tre considr comme atteint, la prvision de ltat de contraintes

dans la poutre selon les modles dcrits tant valide avec une marge de lordre de 1 MPa.

Par ailleurs, lobjet du projet de recherche dont les rsultats ont t prsents dans cet article tait

de confirmer la faisabilit de lextension de la technique belge des poutres mixtes prflchies des

btons trs hautes performances (BTHP autoplaant C80/95 avec fume de silice) et de valider

une mthode de dimensionnement pour la prdiction du comportement long terme de ce type de

structure. Linstrumentation de la poutre de 13 m au moyen des deux contraintemtres et de len-

semble des jauges et capteurs de dplacement a permis de tirer les conclusions suivantes :

lvolution de la flche est faible deux mois aprs la fabrication de la poutre, ce qui confirme

lintrt du BTHP dans ce type de structure ;

la faisabilit doptimiser une poutre prflchie avec du BTHP a t dmontre.

En pratique, le dimensionnement des poutres prflchies est toujours contrl par ltat limite de

service compte tenu des critres suivants :

contrle des effets diffrs du bton en limitant la contrainte applique durant la prcontrainte, ce

qui implique de disposer de donnes prcises relatives au retrait et au fluage ;

contrle de la fissuration, ce qui implique de maintenir le bton en compression sous charges

permanentes.

La comparaison entre les mesures sur la poutre instrumente fournies par les jauges, les capteurs

de dplacement et les deux contraintemtres, et les valeurs calcules par la mthode aux deux fonc-

tions a montr quun bon accord est obtenu en utilisant le modle CEB-MC90 dans sa version 99

pour la prdiction du retrait et du fluage [17, 18] et le modle de Yue et Taerwe [15] pour la loi de

recouvrance de fluage. Il faut souligner que cette mthode de calcul suppose que les conditions

ambiantes soient constantes, en particulier pour lhumidit relative. Or, les ouvrages ferroviaires

sont soumis dimportantes variations climatiques. Cest pourquoi les auteurs estiment que des

modles plus sophistiqus sont ncessaires pour valuer le comportement long terme de ce type

douvrages. La prochaine tape de cette recherche sera de comparer les rsultats exprimentaux

obtenus sur les deux poutres prflchies avec les rsultats de calculs issus dune modlisation du

comportement diffr du bton fonde sur lvolution locale de la temprature, lavancement de la

raction dhydratation et lhumidit relative.

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rEmErCiEmEnts

Le programme exprimental de validation de poutres mixtes acier-BTHP prflchies a t ralis par le LCPC dans le cadre du projet national MIKTI, soutenu par la DRAST du ministre de lquipement (Rseau Gnie Civil et Urbain), gr par lIREX, au sein dun groupe thma-tique anim par la SNCF auquel participaient MM. Keller, Martin et Ramondenc (SNCF), MM. Kaiser et Rigot (Ronveaux), MM. Hever et Haller (Arcelor), le Pr Espion (ULB) et M. Kretz (LCPC). Pilote par M. Toutlemonde et Mme Staquet pendant son stage post-doctoral au LCPC, la recherche a t mise en uvre la section FIOA du LCPC avec lappui de la division BCC et du service MI. Les auteurs ont plaisir remercier le soutien et la contribution de lensemble de ces intervenants.

rfrEnCEsbibliogrAPHiquEs

1 Baes L., Lipski A., La poutre Preflex, la dcompression du bton enrobant laile tendue, le problme du retrait et du fluage, Revue C (Gent), I-4, 1957, pp. 29-49.

2 Morano G. s., Mannini C., Preflex Beams : a method of calculation of creep and shrinkage effects, Journal of Bridge Engineering, 21, (1), ASCE, January 2006, pp. 48-58.

3 staquet s., Analyse et modlisation du comportement diffr du bton. Application aux poutres mixtes, prflchies et prcontraintes, thse de doctorat, Universit libre de Bruxelles, 2004, 478 pages.

4 Le roy r., Dformations instantanes et diffres des btons hautes performances, Etudes et Recherches des LPC, 1996, OA 22, LCPC, Paris, 378 pages.staquet s., toutLeMonde F.,5 Innovation pour les ouvrages ferroviaires en France : une poutre mixte prflchie en BTHP, in La technique franaise du Bton, AFGC, 2me congrs international de la fib, Naples, juin 2006, rsum pp. 13-15, article pp. 12-24 sur CD-Rom.BPEL 1999, Rgles BPEL 91 modifies 99 6 (Rgles techniques de conception et de calcul des ouvrages et constructions en bton prcontraint suivant la mthode des tats limites) fascicule no 62 titre 1er section II du CCTG applicable aux marchs publics de travaux, JO du 16 fvrier 1999.

7 aBdunur c., duchne J.-L., derkx F., MerLiot e., JoLy M., Suivi direct des contraintes dans les structures en bton : dispositifs pour ouvrages existants et en construction, Instrumentation, Mesure, Mtrologie, RS srie I2M, 3, no 1-2, 2003, pp. 37-51.aBdunur c.,8 Mesure de contraintes sur ouvrages dart par une mthode de libration miniaturise, Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chausses, 138, juillet-aot 1985, pp. 5-14.

9 rousseL n., staquet s., daLoia L., Le roy r., toutLeMonde F., SCC casting prediction for the realization of prototype VHPC-precambered composite beams, Materials and Structures, 40, n 9, 2007, pp. 877-887.

10 de Larrard F., sedran t., Une nouvelle approche de la formulation des btons, Annales du BTP, no 6, 1996, pp. 39-54.

11 santos t.o., Fernandes J.a., Batista a.L., Influence of ambient conditions on concrete shrinkage, Proceedings of the 7th International Conference on Creep, shrinkage and durability of concrete and concrete structures, Concreep 7, Nantes, 12 au 14 septembre 2005, G. Pijaudier-Cabot, B. Gerard and P. Acker editors, Hermes Science-Lavoisier, pp. 251-256.andrade c., castiLLo a., aLonso c.,12 Internal relative humidity of concrete submitted to natural weathering, Proceedings of the sixth international conference Concreep-6@MIT : Creep, shrinkage and durability mechanics of concrete and other quasi-brittle materials, MIT, Cambridge, USA, 20 au 22 aot 2001, F.-J.Ulm, Z.P.Baant & F.H. Wittmann editors, Elsevier, pp. 419-424.

13 saiidi M., ManGoBa n., MayBerry M., Variation of prestress force in four concrete bridges subjected to high range of humidity, Concrete under Severe Conditions 2, Environment and Loading, O.E Gjrv et al. ed, E & FN SPON, Proc. 2nd Int conf on concrete under severe conditions CONSEC 98, Troms, Norway, June 21-24, 1998, vol. 3, pp. 1637-1646.

14 riLeM tc 107-csp, Measurement of time-dependent strains of concrete, Materials and Structures, 31, 1998, pp. 507-512.

15 yue, L.L, taerwe, L., Two-function method for the prediction of concrete creep under decreasing stress, Materials and Structures, 26, 1993, pp. 268-273.

16 staquet s., espion B., Deviations from the principle of superposition and their consequences on structural behaviour, Shrinkage and Creep of Concrete ACI SP-227, 2005, pp. 67-83.fib-CEB-FIP, Structural Concrete Volume 1, 17 Bulletin fib, No 1, 1999.

18 MLLer h.s., kttner c.h., kvitseL v., Creep and shrinkage models of normal and high performance concrete-concept for a unified code-type approach, Revue franaise de gnie civil, 3, no 3-4, 1999, pp. 113-132.

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Documents

w04_Détermination Expérimentale Évolution Des Contraintes Dans Une Poutre Mixte Acier-bthp Préfléchie