Vendredi 21 septembre 2007
Recherche et innovationResearch and innovationAttentes économiques, sociales & environnementales Economic, social & environmental issues
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BETONS INNOVANTS
INNOVATIVE CONCRETES
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (LCPC)
Contacts : Nicolas Roussel +33 1 40 43 52 85 [email protected] François Toutlemonde + 33 1 40 43 53 97 [email protected]
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Bétons (ultra)-performants pour structures amincies : enjeux environnementaux Thinner structures with (ultra)-high performance concrete : environmental stakes
Économie globale de ressources naturellessections amincies : moindre consommation de granulatsbilan dosage / gain de section : pas plus de ciment
Améliorations induiteslégèreté : gain de fondations, gains énergétiques d'exécutionavantages architecturaux et d'insertion : gains sur le gabarit / les accèsdurabilité améliorée
Global savings in natural resourcesThinner cross-sections : reduced aggregate consumptionHigher cement content / reduced cross-section
Induced enhancementsLightness : savings in foundations, energy savings in erection worksArchitectural advantages, better insertion in the site, higher clearance, reduced access worksImproved durability
Ouvrages routiers prototypes : Bourg-lès-Valence, St-Pierre-la-Cour, PS 34 La Chabotte sur A51
Prototype road bridges : Bourg-lès-Valence, St-Pierre-la-Cour, overpass 34 La Chabotte on A51
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Bétons (ultra)-performants pour structures amincies : problèmes à résoudre Thinner structures with (ultra)-high performance concrete : issues to be solved
Conception valorisante et économiqueselon les portées envisagéesassociation pertinente avec d'autres matériaux (ex. précontrainte)
Validation du fonctionnement et de la sécuritétenue en fatiguemaîtrise des déformationsdiffusion des charges localisées
Worthy application and designdepending on the span(s) consideredwith relevant combination of other materials (e.g. pre-stressing)
Validation of behaviour and safety marginfatigue resistancecontrol of deformationsdiffusion of locally applied forces
Deux exemples de réponses structurales : Arc précontraint, section en Pi (Seoul)
Caisson précontraint (Passerelle Sakata Mirai, Japon)Two types of structural design
Pre-stressed arch, Pi cross-section (Seoul)Pres-stressed box girder (Sakata Mirai bridge, Japan)
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Bétons (ultra)-performants pour structures amincies : recherches actives Thinner structures with (ultra)-high performance concrete : active research projects
Poutres préfléchies à talon en B80 autoplaçantprojet national MIKTI, portée typique 10 à 50 m
Blocs d'ancrage réduits en BFUPprojet national MIKTI
Pont mixte à dalle nervurée BFUPprojet national MIKTI, portée typique 100 à 150 m
Pre-bended beams using self-compacting C80/95national project MIKTI, typical spans 10 to 50 m
Reduced UHPFRC anchor blocks for post-tensioningnational project MIKTI
Composite bridge with ribbed slab made of UHPFRCnational project MIKTI, typical spans 100 to 150 m
Démarche systématique :
Avant-projet type
Identification des points critiques
Expérimentation à une échelle réaliste
(plate-forme d'essai des structures du LCPC)
Analyse et validation de la marge de sécurité
Common approachTypical project design
Identification of critical featuresExperiment at a realistic scale
(Structures Laboratory at LCPC)Analysis and validation of the safety margin
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Béton autoplaçant B80FS pour poutres mixtes préfléchiesSelf-compacting C80/95 with silica fume for composite prebended beams
Faisabilité et efficacité de la conceptionvalidation sur deux poutres modèles de 13 m de long
Validation de la méthode de calcul (ELU, ELS - incluant le fluage)
suivi sur 8 mois des déformations et contraintes
Validation de la résistance en fatiguereprésentation des charges rares et fréquentes (2 millions de cycles)
Feasibility and efficiencyvalidation with two 13-m long prototypes
Validation of the design method (ULS, SLS incl. creep effects)deformations and stress survey during 8 months
Validation of fatigue resistancerepresentation of rare and frequent loadings (2 million cycles) Coupe de la section mixte et préflexion du profilé
Composite cross-section and pre-bending of the steel girder
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Béton autoplaçant B80FS pour poutres mixtes préfléchiesSelf-compacting C80/95 with silica fume for composite prebended beams
Coulage du B80 auto-plaçantContraintemètreCasting of self-compacting C80/95Stress-meter
0,001,002,003,004,005,006,007,008,009,00
10,0011,0012,0013,0014,0015,0016,0017,0018,0019,00
0 4 8 12 16 20
(t-2) (jour)
Contrainte (MPa)
simulation p1 et p2
pression 1 ajustée
Relâchement de la préflexion - contraintes dans le bétonRelease of the pre-bending - concrete stresses
Test de fatigue - essai à ruptureDead & live loads simulation - failure
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Blocs d'ancrage de précontrainte réduits en béton fibré ultra-performant Reduced UHPFRC anchor blocks for post-tensioning
Blocs pour unités 4T15S, 7T15S et 12T15Sdifférents BFUP et systèmes de précontraintes
Validation de la sécurité (procédure de type ATE)contrôle de la fissuration à 0,8 Fprg
marge de sécurité à la rupture
essais globalement concluants, possibilité d'optimiser
Blocks for 4T15S, 7T15S and 12T15S unitsdifferent UHPOFRC materials and pre-stressing kits
Validation of the safety (ETA-type procedure)control of cracking at 0.8 Fprg
safety margin at failure
satisfactory results, possibility to further optimise the designEssai de compression réalisé, mesures et résultatsCompressive test, monitoring and results
4T15
0
500
1000
1500
2000
2500
0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5
vertical settlement (mm)
Appl
ied
load
(kN
)B1
B2
B3
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Dalle nervurée en béton fibré ultra-performant pour tablier de pont mixte Ribbed UHPFRC slab for composite bridge deck
Faisabilité et efficacité de la conceptionvalidation sur un tronçon (2 voussoirs) 5 m x 6,1 m
Validation de points critiquesflexion locale ou poinçonnement (charges rares et fréquentes)fatigue sous charges d'essieuxancrage de la barrière de sécuritéconnexion à la charpente métallique
Feasibility and efficiencyvalidation on a scale 1 model (2 segments) 5 m x 6.1 m
Validation of critical issueslocal bending / punching shear (frequent / rare loads)fatigue under axle loadsanchoring of the safety barrierconnection to steel girders
Coupe transversale de l'ouvrage - détails de la maquetteTransverse cross-section of the bridge - mockup details
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Dalle nervurée en béton fibré ultra-performant pour tablier de pont mixte Ribbed UHPFRC slab for composite bridge deck
Simulation de charges d'essieuxAxle load simulation
Rupture locale par poinçonnementPunching shear failure
Essai d'ancrage de la barrière de sécuritéTest of the safety barrier anchoring
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Structures amincies en bétons (ultra)-performants : perspectives Thinner structures with (ultra)-high performance concrete : trends and outlook
Des solutions prototypes validées, à appliquerpoutres préfléchies, ancrages de précontrainte réduits, dalle nervurée BFUP pour ouvrage mixte…
méthodes de dimensionnement vérifiées
Rechercher des applications pour les ouvrages courantsProjet européen NR2C - valorisation rationalisée des BFUP pour les ouvrages courants de petite portée
Prototype solutions have been validated, should be appliedprebended beams, reduced post-tensioning anchor blocks, UHPFRC
ribbed slab for composite bridges…
validated design methods
Applications to be studied for small current bridgesEuropean Project NR2C - rational application of UHPFRC for current small-span bridges Savoir-faire industriel, règles de calcul… à appliquer
Industrial know-how, design rules… to be applied
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Bétons fluides pour structures complexes ou fortement ferraillées High fluidity concretes for complex or highly reinforced structural elements
Bétons Auto Plaçants (BAP)limites de densités de ferraillage repoussésgain de productivité sur chantier et en usine
difficultéscomportement à l’état frais fortement évolutif (thixotropie)problèmes de stabilité et formulation délicatebesoins d’outils de prédiction des process de mise en oeuvre
Self Compacting Concretes (SCC)higher steel bars reinforcement densityHigher productivity on the building site and in factories
Difficultieshighly evolutive fresh behaviour (thixotropy)stability and mix designneed for casting process prediction tools.
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Outils de prédiction des phases de mise en oeuvre Casting process predictions tools
Contexte scientifiqueécoulement transitoire à surface libre
fluide à seuil thixotrope
présence de particules centimétriques
Scientific contextfree surface transient flow
thixotropic yield stress fluid
Centimetric particles
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Validation sur coffrages et matériaux modèles validation on laboratory model formwork and fluids
Capacité à prédire l’écoulement et son arrêt
ability to predict the flow and its stoppage
Degré de remplissage prédits numériquementet mesurés expérimentalementFilling ratio numerically predicted and experimentally measured
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Validation sur bétons réels et méthodologie de prédiction validation on real concrete and prediction method
Capacité à prédire l’écoulement et son arrêt
ability to predict the flow and its stoppage
Simulation du remplissage d’un voile par injection en pied.Simulation of a wall casting (injection fromthe bottom)
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Application au coulage de poutres mixtes préfléchiesApplication to casting of composite prebended beams
Comparaison entre le calcul numérique (figures du bas) et le coulage réel (figures du haut) pour un Béton Auto Plaçant de seuil 120Pa et d’étalement 550mm (figures de droite) et un Béton Auto Plaçant de seuil 60Pa et d’étalement 700mm (figures de gauche). Le béton est d’abord coulé à gauche du profilé métallique puis le coulage est complété de l’autre côté.
Comparison between numerical predictions and real casting of a pre-cambered beam. The concrete was poured from one side of the steel girder until the concrete begins to overflow the formwork left side. The concrete was then poured from the other side of the steel girder in order to complete the filling. Upper figures: real casting; lower figures: numerical simulations; left figures: SCC with a 120Pa yield stress; right figures: SCC with a 60Pa yield stress
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Prédiction des blocages granulaires prediction of granular clogging
Développement d’un modèle probabiliste permettant l’établissement d’un critère de blocage basé sur le nombre de grains (volume de béton) devant passer l’obstacle, l’écartement des barres, le diamètre des plus gros grains et la fraction volumique en gros grains
Probabilistic model taking into account the number of grains crossing the obstacle (concrete volume), steel bars spacing, diameter of the coarsest grains and volume fraction of the coarsest grains.
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Prédiction de la pression dans les coffrages formwork pressure prediction
Prédiction de la pression s’exerçant sur le coffrage en fonction de la hauteur de béton coulé, de la thixotropie du béton, des dimensions du coffrage et de la vitesse de levée.
Prediction of the lateral stress generated by fresh concrete as a function of of the formwork height and thickness, the thixotropy of the concrete and the casting rate.
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Prédiction du coulage multi-couches des BAPPrediction of SCC multi-layer casting
Des pertes de résistance mécanique sont systématiquement notées si le délai de recouvrement dépasse une valeur critique Tc.
Losses of mechanical srength can be spotted if the delay between two layers overcomes a critical value Tc.
Simulation du remélange des deux couches de BAP après un délai de recouvrement de 5 minutes (Figure du haut) ou 20 minutes (Figure du bas)Simulation of SCC layers mixing Filling ratio numerically predicted and experimentallymeasured
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
repos relatif T/Tc
rési
stan
ce m
écan
ique
à l'
état
dur
ci r
elat
ive
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Prédiction de l’orientation des fibres dans les composites cimentairesPrediction of fiber orientation in cementitious composites
Simulations numériques du coulage d’un voussoir en Béton Fibré Ultra Hautes Performances. Cartographie de l’orientation des fibres dans l’élément de structure.
Numerical simulations of casting of FiberReinforced Ultra High Performance Concrete. Map of the fiber orientation.
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