MUCEM, Jean Bouin - AFGC
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Ductal®
MUCEM, Jean Bouin:« Le passage à l’ère industrielle
du matériau BFUP »Dominique Corvez, Directeur Technique Ductal®
Débats AFGC « Nouveaux bétons : Mise en œuvre et pr opriétés»– 8 Décembre 2011
Introduction
� Présentation de ces deux chantiers d’exception
� De la « Carte d’identité » du matériau au contrôle qualité en production
� Enseignements tirés lors des essais de
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� Enseignements tirés lors des essais de convenance
Rudy Ricciotti
� Partie 1
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Présentation de ces deux chantiers d’exception
Deux projets d’exception …
� Conçus par Rudy Ricciotti et ses équipes, les deux bâtiments ouvriront en 2013
� Il font partie des premiers Bâtiments d’envergure avec BFUP à l’usage structurel
� Bâtiments présentés lors des débats AFGC de
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� Bâtiments présentés lors des débats AFGC de Juin 2011 par Patrick Mazzacane de Bonna Sabla
Aujourd’hui Aspects Matériaux
Acteurs de ces deux projets d’exception
� Architecte Rudy Ricciotti, grand innovateur
� Ingénieurs LRIng & SICA
� Entreprises Générales Innovantes:
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� Entreprises Générales Innovantes:Léon Grosse pour le stade Jean BouinVinci-Freyssinet pour le MUCEM
� Préfabriquant Bonna Sabla
� Fournisseur BFUP: Lafarge/Ductal®
Plus de 4000 t de BFUP – Ductal® mis en œuvre
MUCEM Jean-Bouin
� Des quantités nécessitant une approche industrielle et non plus artisanale
� Sort des projets expérimentaux
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Résilles 380 panneaux1800 panneaux perforés
triangulaires
Panneaux de toitures1750 plaques nervurées
ajourées avec inclusion de verre triangulaires
Passerelle25 voussoirs post-
contraintsPoteaux 330 éléments
Platelage 2000 m²
Consoles 35 potences
1600 t 2500 t
� Partie 2
De la « Carte d’identité » du matériau au contrôle
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De la « Carte d’identité » du matériau au contrôle en production
Carte d’identité matériau
� Concept introduit dans les recommandations AFGC/SETRA (2001)
� Lois de comportement mécanique (compression, traction)
� Propriétés de durabilité
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� Propriétés de durabilité� Propriétés de retrait, fluage etc.
� Introduction de Nouvelles Méthodes (notamment Eurocode) dans les Recommandations 2012 en cours de finalisation
� Contrôle en production suit l’approche des Recommandations et valeurs carte d’identité
Carte d’identité matériau: Loi de traction
Structure étudiée (dalles minces, poutres, …)
Essais de Caractérisation
Loi caractéristique de comportement en traction(prenant en compte la variabilité des résultats d’essais)
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(prenant en compte la variabilité des résultats d’essais)
Coefficient K(prenant en compte la variabilité du matériau dans la structure)
Coefficient γm
Loi de calcul ELU
Comportement post-fissuration par analyse inverse
� Travaux de Pascal Casanova (1994) et de Gilles Chanvillard (1998) inclus dans les recommandations AFGC
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0
10
20
30
40
50
60
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Flèche (en µm)
DUCTAL
Béton conventionnel
Comportement post-fissuration par analyse inverse
� Travaux de Pascal Casanova (1994) et de Gilles Chanvillard (1998) inclus dans les recommandations AFGC
� Hypothèse cinématique
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� Hypothèse cinématique
� Méthode Incrémentale
[ ] ( )3
.2.2
2
0
hw em
αχχ +=
σf
wwi+1wi
σfi+1
σfi
Comportement post-fissuration par analyse inverse
� Loi de comportementDuctal® FM 2% Traité Thermiquement « Contrainte / Ouverture de fissure »
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
Crack Width (mm)
Str
ess
(MP
a)
Mean Characteristic Characteristic Behavior law for Design
� Logiciel dédié (Interface WEB)
7,5 Mpa
Problématiques des plaques minces de toiture du stade Jean Bouin
� En phase exécution, nécessité d’une optimisation de la loi de comportement au niveau des plaques
� Prenant en compte le caractère « plaques minces » (e<3 Lf) sollicitées en flexion
� Pas d’effet de membrane – contreventement externe des fléaux
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fléaux
� Nouvelle approche permettant le passage � d’une loi en contrainte-ouverture de fissure à une loi en
contrainte-déformation� d’un calcul itératif à un calcul explicite sur la base de la
courbes Moment-flèche (Travaux Chanvillard, Baby, Marchand, Corvez au sein du groupe AFGC)
Méthode inverse explicite – PlaquesOutil Métier développé par Gilles Chanvillard
� Superposition des lois en flexion
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� Ajustement du module
Méthode inverse explicite – PlaquesOutil Métier développé par Gilles Chanvillard
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� Ajustement de la déformation ultime
Méthode inverse explicite – PlaquesOutil Métier développé par Gilles Chanvillard
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� Ajustement grossier de la loi
Méthode inverse explicite – PlaquesOutil Métier développé par Gilles Chanvillard
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� Ajustement fin de la loi
Méthode inverse explicite – PlaquesOutil Métier développé par Gilles Chanvillard
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Application de la méthode explicite aux panneaux de toiture du futur Stade Jean Bouin
30,0
35,0
40,0
45,0
Con
trai
nte
(MP
a)
3956-12
3956-13
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0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
Flèche (mm)
Con
trai
nte
(MP
a) 3956-13
3956-14
3956-15
3956-16
3956-17
Analyse Inverse Explicite Plaques Toitures Stade Jean Bouin - Ductal® FM 2%
20
25
M14
Application de la méthode explicite aux panneaux de toiture du futur Stade Jean Bouin
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0
5
10
15
20
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012
Déformation
Con
trai
nte
(Mpa
)
M12
M13
M17
M14 exact
M12 exact
M13 exact
M17 exact
Gain apporté par une caractérisation en plaque
� Définition d’une loi de comportement spécifique en plaque mince en phase exécution avec Entreprise Générale et Bureau de Contrôle
� Implique des essais de contrôles production sur
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� Implique des essais de contrôles production sur plaques minces (6 plaques tous les 10 m3)
σw=0,3mm K εult σeq,flexion Gain
Loi de calcul avec correction de
flèche11 Mpa 1,1 7,5°/ 00 26 Mpa 30%
Loi de calcul Exécution
10 Mpa 1 4°/ 00 25 Mpa 25%
Loi de calcul CCTP
7,5 Mpa 10,3 mm
20 Mpa -0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00
Flèche (mm)
Con
trai
nte
(MP
a)
3956-12
3956-13
3956-14
3956-15
3956-16
3956-17
MUCEM: Comportement cyclique alterné
� MUCEM en zone sismiquerecherche du comportement dynamique
� Travaux lancés pour vérifier le comportement sous sollicitations cycliques alternées (Article Kassel 2012)
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� Partie 3
Enseignements tirés des Essais de Convenance
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Enseignements tirés des Essais de Convenance
Du matériau isotrope caractérisé à l’application en préfabrication: Coefficient K
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Structure étudiée (dalles minces, poutres, …)
Essais de Caractérisation
Loi caractéristique de comportement en traction(prenant en compte la variabilité des résultats d’essais)
Du matériau isotrope caractérisé à l’application en préfabrication: Coefficient K
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(prenant en compte la variabilité des résultats d’essais)
Coefficient K(prenant en compte la variabilité du matériau dans la structure)
Coefficient γm
Loi de calcul ELU
MUCEM: Etude des Voussoirs préfabriqués
� Point Clé: Vérification de l’orientation des fibres dans les âmes qui ne comportent aucun acier passifs ni actifs
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MUCEM: Etude des Voussoirs préfabriquées
� Passerelle du pont du diable réalisée avec le même moule, même entreprise et même formulation Ductal® 2% G2FM Traité Thermiquement
� Ferraillage différent pour le MUCEM et le mode d’introduction nécessairement
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le mode d’introduction nécessairement modifié
� Une comparaison des deux modes d’introduction est possible et montre une variabilité liée au mode de coulage:
� Injection par tube plongeur pour la passerelle du Pont du Diable
� Coulage gravitaire pour la passerelle du MUCEM
MUCEM: Etude des Voussoirs préfabriquées
� Comparaison selon mode d’introduction
Zone Coefficient K Injection Gravitaire
90°Kglobal 0.85 1.11
Klocal 1.01 1.63
K 1.26 0.72
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Ames45°
(sens 1)
Kglobal 1.26 0.72
Klocal 2.12 0.80
45°(sens 2)
Kglobal 1.24 1.65
Klocal 1.37 1.78
Main courante
0°Kglobal 1.6 1.03
Klocal 2.29 1.35
� Calcul d’exécution repris avec les valeurs de Kglobal
MUCEM: poteaux Y et poteaux droits
� Sur les poteaux, carottages réguliers pour mesurer la capacité à l’effort tranchant
� Pour mémoire, coulage « à l’envers »
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� Ceci est complété localement par une campagne sur les rotules rapportées de type Freyssinet pour vérifier le transfert dans la zone de reprise frétée
MUCEM: poteaux Y et poteaux droits
Zones Kglobal Klocal
Branche uniqueRadial 0.98 1.34
Vertical 1.97 2.0
Embranchement Radial 0.89 1,03
BranchesVertical 1 2,2 2,52
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� « Piégeage » potentiel de fibres dans le nœud et répartition dissymétrique dans les branches
� Résultats non critiques car ferraillage de frettage et des positionnement des gaines dans les zones fortement sollicitées
� Solution si s’avère critique dans un autre projet: Combinaison Injection/Gravitaire
BranchesVertical 2 1,58 1,91
JEAN BOUIN: Résilles
� Coulage « visuel » avec moule ouvert. Il est donc possible de contrôler la répartition des fibres au niveau des nœuds
� Essai de « pré-convenance » sur le premier prototype avec
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sur le premier prototype avec 12 prélèvements
* Valeur unique traduisant 1 front de fibre
Zone Kglobal Klocal
Nœuds 0.87 2.82*
Brins 0.63 0.78
JEAN BOUIN: Panneaux de Toiture
9 éprouvettes de 550x120x35mmm
� Coefficients K est à déterminer� Dans les zones minces� Dans les nervures qui ont un
comportement de type poutre armée
� Le coulage « visuel » adopté,
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� Le coulage « visuel » adopté, avec la loi de comportement de type plaque mince, conduit à des coefficients K<1
� En moule fermé, le mode d’introduction doit être particulièrement étudié pour éviter les fronts de fibres
JEAN BOUIN: Panneaux de Toiture
� Approche par carottages par toujours adaptée pour les nervures
� Entorse aux règles AFGC dans la deuxième série d’essais avec découpes de 6
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d’essais avec découpes de 6 poutres-nervures de 1m de portée
� Test en flexion privilégiant l’effort tranchant
� Rupture en flexion avec un coefficient 5.8 vis-à-vis de la charge effort tranchant ELU …
Ductilité et réflexion sur le coefficient de sécurité …
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Ductilité et réflexion sur le coefficient de sécurité …
� Coefficient de sécurité sur le matériau se résume à la loi caractéristique (6 éprouvettes plutôt que 3) et au coefficient γm réduit à 1.3 (1.5 en béton non préfabriqué)
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préfabriqué)
� Ecart entre essai échelle 1 et modèles de calcul résultent:
� De la forte redistribution des efforts à l’ELU� Dans des plages de ductilité et d’écrouissage bien
supérieures au béton� Du comportement « sur-efficace » des solutions BFUP
armés avec un taux de fibres métalliques à 2%
� Conclusions
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Recommandations AFGC sont le socle pour pouvoir construire en BFUP aujourd’hui
� Recommandations provisoires AFGC permettent de construire des ouvrages à échelle industrielle et tendent à être reconnus par toutes les instances en France
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� Des approches plaques minces qui seront introduites dans les prochaines recommandations permettent de tirer parti des propriétés sur éléments minces
Prochains travaux à intégrer au sein du groupe de suivi BFUP AFGC?
� Fin d’un cycle de réflexion avec la publication imminente des recommandations AFGC/BFUP 2011
� Grands enjeux et réflexion du prochain cycle pour le groupe de suivi BFUP?
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le groupe de suivi BFUP?� Comportement sismique des ouvrages BFUP avec la
nouvelle carte française prenant en compte les propriétés de solutions BFUP armées
� Travail sur les indicateurs de durabilité pour diversifier les formulations adaptées à des environnements différents
� Ouverture vers des solutions BFUP armées avec une diminution contrôlée du taux de fibres respectant les conditions de non fragilité essentielles