Expérimentation poutre de Clerval

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner

C. Aubagnac, D. Germain, A. Houel, S. Chataigner10 mai 2012

Journées techniques Ouvrages d’Art 2012

SourdunSourdunMercredi 9 et Jeudi 10 maiMercredi 9 et Jeudi 10 mai



Expérimentation poutre de Clerval Sommaire

Contexte particulier de la gestion des VIPP et retours d'expérience RST

Présentation du corps d'épreuve

Partenariat

Programme et phasage de l’opération

Planning

Bénéfices attendus



Expérimentation poutre de Clerval Contexte particulier de la gestion des VIPP

• Une famille très difficile à gérer et notamment les ouvrages de première génération (< 1970)

• Absence de moyens de diagnostic fiable permettant d’évaluer la précontrainte résiduelle de l’ouvrage et son évolution :– aléa « corrosion de la précontrainte » pouvant avoir un niveau

élevé, avec un caractère aléatoire, sans manifestation de défaut de fonctionnement structurel,

– vulnérabilité pouvant être grande de certains ouvrages...



Expérimentation poutre de Clerval Retours d’expérience RST

• Etude de la poutre du VIPP de Merlebach sous chargement (2004- 2005),

• Méthodologie RST d'analyse de risques liés à la corrosion de la précontrainte. Applications :- VIPP autoroutiers français (2005-2006), - VIPP du RRN (2008-2010),

soit une population d'environ 250 ouvrages (il y en a plus de 1000 en France…)




Besoins d’actions complémentaires de recherche pour :

• améliorer la connaissance du comportement mécanique au voisinage de la rupture,

• rendre totalement opérationnelles les techniques de contrôle prometteuses testées (notamment courburemétrie et évaluation dynamique),

• développer de nouvelles méthodes d'auscultation et l’approche probabiliste de la sécurité de ces structures.




Contexte récent du renforcement des VIPP par composites collés comme armatures passives additionnelles

Premières recommandations provisoires de groupe de travail AFGC sur la réparation et le renforcement des structures en béton au moyen des matériaux composites de février 2011

Mais de nombreuses interrogations existent encore, notamment sur le fonctionnement de la structure renforcée après ouverture de fissures...

Expérimentation sur

la poutre

de VIPP de l'ancien pont

de Clerval sur

le Doubs



Expérimentation poutre de Clerval Présentation du corps d’épreuve

Poutre de rive amont de la travée RD du pont de la RN83 franchissant le Doubs à Clerval récupérée suite à sa démolition en 2002

• Années de construction : 1952 - 1954• Longueur poutre : environ 30 m – hauteur poutre : 1,30 m• Epaisseur des âmes : variable de 0,30 m sur appuis à 0,14 m en section courante• Nombre de câbles 12 phi 5 mm STUP Freyssinet : 20 + 1 (câblage dissymétrique)

• Poutre « nue » de toute superstructure, dont la géométrie est facilement vérifiable et les conditions d'appuis ajustables.• « Dossier » de construction• Poutre réelle avec vieillissement naturel en exploitation puis sur stockage extérieur (site de Margenne à proximité d’Autun).



Expérimentation poutre de Clerval Présentation du corps d’épreuve



Expérimentation poutre de Clerval Partenariat

Partenariat indispensable pour aider à financer l'opération.

Convention de partenariat en cours de signature entre les organismes qui apportent une contribution financière à l'opération :

- les sociétés concessionnaires d'autoroutes,- l'IFSTTAR (OR AIPAD 2012-2014),- Sétra (plans d’actions 2012 à 2014),- le CETE de Lyon.



Expérimentation poutre de Clerval Programme et phasage de l’opération

Objectifs : double besoin de connaissance du fonctionnement des structures

- “saines”, renforcées par matériaux composites collés,- pré-fissurées, renforcées par matériaux composites collés.

Programme :1) Solliciter la poutre en flexion 3 points, en alternant les phases de

renforcement et de chargement et en menant la poutre à la rupture;2) Solliciter en cisaillement 1 ou 2 demi-poutres renforcées

judicieusement selon le mode de rupture souhaité.




1 - Construction de la plateforme de chargement (environ 50 m x 10 m), déplacement et préparation de la poutre

2 - Diagnostic de la poutre et caractérisation de la poutre dans son état initial au repos (décorrélation vis à vis des paramètres environnementaux influents)

3 - Préparation et essais de la poutre en flexion

4 - Préparation et essais du tronçon 1 “au tranchant” après renforcement en fonction du mode de rupture visé (tranchant, bielle d'about ou coin d'appui)

5 - Préparation et essais du tronçon 2 (si disponible) “au tranchant”…

6 - Autopsie (optionnelle à ce jour)




Prédimensionnement des efforts :a priori, besoin de :120 t en flexion 3 points (flèche élastique de 225 mm) 180 t en cisaillement

Dimensionnement respectivement pour 200 t et 250 tVérin de course de 500 mm...



Expérimentation poutre de Clerval Instrumentation envisagée

1 - Suivi de l'effort de sollicitation (CETE Lyon)2 - Suivi de la température (CETE Lyon)3 - Suivi de la “géométrie” de la poutre (CETE Lyon)

Nivellement

Inclinomètres aux appuis

Extensométrie (sur béton, renforts composites collés, armatures de précontrainte)4 – Courburemétrie (CETE Nord Picardie et CETE Méditerranée) pour

accéder à la rigidité en flexion et ainsi localiser et quantifier l'endommagement au cours des essais

5 - Evaluation dynamique (CETE Lyon) pour étudier l'évolution des paramètres modaux de la poutre en fonction des dégradations et des renforcements mis en œuvre, pour aider au calage d’un modèle numérique du corps d'épreuve

6 - Surveillance acoustique (CASC 2) et émission acoustique (IFSTTAR) pour détecter et localiser les ruptures de fils et la fissuration du béton lors de l’expérimentation

7 - Fibre optique simple (IFSTTAR) 8 - Imagerie et détection de fissures (IFSTTAR)9 - Méthode acoustique CODA (IFSTTAR) pour remonter à la variation de

déformation locale et de contrainte



Expérimentation poutre de Clerval Modélisation et calculs

• Calculs préparatoires (CETE Lyon) pour :- permettre le montage d'une plateforme d'expérimentation adaptée à la poutre testée,- renforcer la poutre de manière à rendre les expérimentations les plus riches

possibles,- identifier les zones et modes de rupture prévisionnels afin de placer judicieusement

les instrumentations.

• Calculs prédictifs (CETE Lyon, CETE Nord Picardie et Sétra) vis à vis des sollicitations de flexion et “au tranchant” (poutre “saine” / fissurée, non renforcée / renforcée), recherche des ordres de grandeur (logiciels PCP, CDS, ST1 et codes aux éléments finis).

• Exploitation des résultats de mesuresEn fonction des résultats des mesures, on cherchera à identifier les paramètres susceptibles d'expliquer les différences de comportement entre le corps d'épreuve et les modèles. Les modèles seront alors ajustés de manière à devenir plus représentatifs.



Expérimentation poutre de Clerval Planning

Opération prévue sur 3 ans

Planning selon la date de signature effective de la convention :• Etudes préparatoires, consultations : 2ième et 3ième trimestre 2012• Montage de la plateforme d'expérimentation : 4ième trimestre 2012• Mesures préparatoires à l'étude dynamique et diagnostic préalable de la

poutre (précontrainte et béton) : 1er semestre 2013• Étude de chargement et de renforcement à la flexion : 3ième trimestre 2013• Étude de chargement et renforcement au tranchant : 4ième trimestre 2013 et

1er trimestre 2014• Exploitation des mesures et publications : 2013 à 2014



Expérimentation poutre de Clerval Bénéfices attendus

Rappel des principaux bénéfices attendus au terme de l'opération :

résultats validés sur les techniques, matériels, chaînes de mesure testés pour la surveillance ou l'auscultation des VIPP et leurs interprétations,

résultats validés sur les modélisations et calculs permettant l'évaluation structurale résiduelle des VIPP,

résultats validés sur l'efficacité des renforcements composites collés vis à vis de différents modes de rupture (dont dispositions constructives),

règles de justifications adaptées, notamment vis à vis du contrôle de la fissuration.



Merci pour votre attentionMerci pour votre attention

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