Les grands ouvrages métalliques de SBRI. Point sur le calcul et premières conclusions

Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012

Damien CHAMPENOY

Damien CHAMPENOY - CETE de l’Est10 mai 2012

Journées techniques Ouvrages d’Art 2012

Les grands ouvrages mLes grands ouvrages méétalliques de SBRI : talliques de SBRI : Point sur le calcul et premiPoint sur le calcul et premièères conclusions.res conclusions.


Damien CHAMPENOY

SBRI : Coût global économique et environnemental

• 4 type de structures étudiées sur une travelure :

• 90-120-120-120-90

– C0 : Mono-caisson

– C1-1 : Bi-caisson

– C1-2 : Mono-caisson HLE• S460 + S690

– C2 : Bi-caisson + parachèvement des détails de fatigue. (non étudié car inutile)


Damien CHAMPENOY

C0 : Mono-caisson : coupe fonctionnelle

• 4 voies de 3,5 mètres • 2 BAU de 2,06 mètres• 2 BN4 de 0,64 m• 2 BDG de 0,75 m• 1 GBA centrale (0,6 m)

• Caisson à pièces de pont (e=4 mètres) • Épaisseur dalle : 25 cm : C30/37• Charpente entière en S355• Inclinaison de l’âme

65% (élevée)• Exemple de COMBRI +


Damien CHAMPENOY

C0 : Mono-caisson : coupe transversale

• Épaisseur fond de caisson : 25 mm à 75 mm • Épaisseur semelle supérieure : 50 mm à 100 + 50 mm• Épaisseur âme : 18 à 27 mm

• En travée : un raidisseur d’âme : lancement• Pièce de pont HEA 900

• Sur pile : 2 raidisseurs d’âme : lancement + voilement.


Damien CHAMPENOY

C0 : Mono-caisson : vérifications.

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500 600

Melu max

MPlrdMelu min

Melu el

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400 500 600

Ved min

Vrdmin

sgoujon

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 100 200 300 400 500 600

sgoujon

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 100 200 300 400 500 600

n3 âme

n3 fd caisson

Flexion longitudinale Effort tranchant

Espacement des goujons Interaction M –V.


Damien CHAMPENOY

C0 : Mono-caisson : métré.

Metal cornice gutter - Aluminium alloy 22 kg

Comb expansion joint (range of opening : 250 mm) 43 m

Waterproofing layer (3 cm thick) 11189 m²

Asphalt layer (8 cm thick) 2096 t

NON STRUCTURAL EQUIPEMENT

Steel S235 JR (galvanised) - safety barrier 70 t

Paint class C4 ANV : EXT 10095 m²

Paint class C3 ANI : INT 27198 m²

Concrete for GBA 131 m3

CORROSION PROTECTION

Main slab C35/45 2903 m3

Concrete support for safety barriers C35/45 173 m3

Studs S235 fu = 450 MPa 16 t

CONCRETE

Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete slab 781 t

Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete support for safety barrier 25 t

STEELS

5469 tStructural steel (main + bracing frames)


Damien CHAMPENOY

C0 : Mono-caisson : Point particulier

• Les risques de rupture fragile : NF EN 1993 1-10 : choix des qualités des aciers.

• Pour éviter les risques de rupture fragile par temps froid, l’Eurocode impose une épaisseur de tôle maximale.

• On calcul la contrainte maximale dans l’acier « en accidentel »

• Ici, Ed = 55% fy .• emax = 100 mm (-30°C)

retraitUDLTSG .4,0.75,0

• En Moselle : Tmin = -40°C• Si Ed = 65% fy

• emax = 70 mm


Damien CHAMPENOY

C1-1 : Bi-caisson : coupe transversale

• 4 voies de 3,5 m• 2 BAU de 2,06 m• 2 BN4 de 0,64 m• 2 BDG de 0,75 m• 2 GS de 0,3 m• 1 vide central

• Caisson sans pièce de pont

• Épaisseur dalle : 25 cm à 35 cm : C30/37

• Charpente entière en S355

• Inclinaison de l’âme

15% • Raidisseur : -10

mm d’épaisseur


Damien CHAMPENOY

C1-1 : Bi-caisson : répartition matière.

• Épaisseur fond de caisson : 30 mm à 80 mm • Épaisseur semelle supérieure : 40 mm à 90 + 50 mm• Épaisseur âme : 18 à 27 mm

• En travée : un raidisseur d’âme : lancement.• Pas de raidisseur pour le voilement proche des appuis.

flange thicknesslenght lower flange higher flange lenght lower flange higher flange lenght lower flange higher flange

thickness thickness thickness thickness thickness thicknesssection 1 60 40 60 12 80 90+50 12 80 90+50section 2 15 60 90 12 60 90 12 60 90section 3 15 40 60 15 40 60section 4 42 30 40section 5 15 40 60section 6 12 60 90section 7

last section 15 80 90+50 12 80 90+50 21 30 40

web thicknesslenght thickness lenght thickness lenght thickness

section 1 60 20 12 27 12 27section 2 15 24 12 24 12 24section 3 72 20section 4 12 24

last section 15 27 12 27 36 18

span 1 span 2 1/2 span 3

span 1 span 2 1/2 span 3


Damien CHAMPENOY

C1-1 : Bi-caisson : vérifications.


Fatigue Raidisseur.

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

0 100 200 300 400 500 600

Melu max

MPlrdMelu min

Melu el

0

2

4

6

8

10

12

14

0 100 200 300 400 500 600

Ved min

Vrdmin

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 100 200 300 400 500 600

raidisseur vertical

raidisseur fond caisson

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600

f dc h

f dc h l imite


Damien CHAMPENOY

C1-1 : Bi-caisson : métré.

-1%

-3%

0%

0%

-100%

55%

3%

38%

50%

-72%

20%

50%

Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete slab 875 t

delta / c0

14%

12%

STEELS

Structural steel (main + bracing frames) 6228 t

Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete support for safety barrier 37 t

Studs S235 fu = 450 MPa 5 t

CONCRETE

Main slab C35/45 3475 m3

Concrete support for safety barriers C35/45 259 m3

Concrete for GBA 0 m3

CORROSION PROTECTION

Paint class C4 ANV : EXT 15632 m²

Paint class C3 ANI : INT 28069 m²

NON STRUCTURAL EQUIPEMENT

Steel S235 JR (galvanised) - safety barrier 97 t

Waterproofing layer (3 cm thick) 11113 m²

Asphalt layer (8 cm thick) 2030 t

Metal cornice gutter - Aluminium alloy 22 t

Comb expansion joint (range of opening : 250 mm) 43 m

FOR 2 BOX GRIDER DECK.

15 % de charpente en plus malgré l’absence de pièce de pont.

50% de surface extérieure supplémentaire à peindre (âme)

20% de volume de béton supplémentaire


Damien CHAMPENOY

C1-2 : Mono-caisson HLE : Hybride• 4 voies de 3,5 mètres • 2 BAU de 2,06 mètres• 2 BN4 de 0,64 m• 2 BDG de 0,75 m• 1 GBA centrale (0,6 m)• Caisson à pièces de pont (e=4 mètres) • Épaisseur dalle : 25 cm : C30/37• Charpente entière en S355• Inclinaison de l’âme

65% (élevée)• Exemple de COMBRI +

• IDEM C0

30 m 30 m 30 m 30 m

Hybride S460/S690

Hybride S460/S690

Hybride S460/S690

Hybride S460/S690

S460 S460 S460 S460 S460

Raidisseurs : S355


Damien CHAMPENOY

C1-2 : Mono-caisson HLE : coupe transversale

• Épaisseur fond de caisson : 20 mm à 35 mm • Épaisseur semelle supérieure : 30 mm à 60 mm• Épaisseur âme : 16 à 25 mm

• En travée : un raidisseur d’âme : lancement• Pièce de pont HEAA 900 S460

• Sur pile : pas de raidisseur supplémentaire


Damien CHAMPENOY

C1-2 : Bi-caisson HLE : vérifications.


Fatigue

-800

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

0 100 200 300 400 500 600

Melu max

MPlrdMelu min

Melu el

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 100 200 300 400 500 600

Ved min

Vrdmin

0

10

20

30

40

50

60

0 100 200 300 400 500 600

f dc h

f dc h l imite

• FATIGUE : Contrainte 50% supérieure à C0. Toujours pas dimensionnant. (30 MPa)

• Contrainte admissible dans le S690 : faible épaisseur : 690 MPa dans le fond de caisson (295 MPa en S355)

• Gain léger en tranchant : qui permet de s’affranchir d’un 2ème raidisseur proche de la pile.


Damien CHAMPENOY

C1-2 : Mono-caisson HLE : métré.

-23%

0%

0%

7%

delta / c0STEELS

Structural steel (main + bracing frames) grade S355 970 tons



Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete slab 781 tons

Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete support for safety barrier 25 tons

Studs S235 fu = 450 MPa 17 tons

15 % de charpente en moins sur le tonnage total.

10 % de connecteurs supplémentaires

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

métal béton HA goujon peinture

C0C1-1 bi-caissonC1-2 HLE

Comparaison entre les différentes

solutions.


Damien CHAMPENOY

C1-2 : Mono-caisson HLE : Point particulier

• Les raidisseurs : NF EN 1993 1- 5 : 9.2.1(9)

•La contrainte critique ne dépend que de la géométrie.

•Si on augmente la nuance, à géométrie constante, le critère est plus défavorable à vérifier à taux de travail égal.

•Pourquoi 6 fy ? => ON NEGLIGE LE FLAMBEMENT PAR TORSION

4,0cr

yf

•L’AN peut proposer un autre

(dépendant par exemple du taux de travail réel)


Damien CHAMPENOY

BILAN :

• Apport très favorable des aciers HLE d’un point de vue tonnage de charpente.

• !!!!!!!! L’aspect réparation n’est pas pris en compte dans la solution bi- caisson. !!!!!!!!!

• Un bi-caisson offre beaucoup plus de liberté aux MOA en cas d’entretien « lourd » pour gérer le trafic.

• EUROCODE : • L’épaisseur des tôles est limitée par la rupture fragile surtout

pour les régions froides.• Raidisseur : difficile à justifier. Proposition d’étude pour

modifier l’annexe national.


Damien CHAMPENOY

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