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

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  • 1. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Journées techniques Ouvrages d’Art 2012 Les grands ouvrages métalliques de SBRI : Point sur le calcul et premières conclusions. Damien CHAMPENOY - CETE de l’Est 10 mai 2012Damien CHAMPENOY
  • 2. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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
  • 3. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C0 : Mono-caisson : coupe fonctionnelle • 4 voies de 3,5 mètres • Caisson à pièces de pont (e=4 mètres) • 2 BAU de 2,06 mètres • Épaisseur dalle : 25 cm : C30/37 • 2 BN4 de 0,64 m • Charpente entière en S355 • 2 BDG de 0,75 m • Inclinaison de l’âme  65% (élevée) • 1 GBA centrale (0,6 m) • Exemple de COMBRI +Damien CHAMPENOY
  • 4. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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 • Pièce de pont HEA 900 • En travée : un raidisseur d’âme : lancement • Sur pile : 2 raidisseurs d’âme : lancement + voilement.Damien CHAMPENOY
  • 5. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C0 : Mono-caisson : vérifications.1200 251000 800 20 600 15 400 Melu max Ved min MPlrd 200 Vrdmin Melu min 10 0 Melu el 0 100 200 300 400 500 600-200 5-400-600 0-800 0 100 200 300 400 500 600 Flexion longitudinale Effort tranchant sgoujon 1.20.9 10.80.7 0.80.6 0.6 n3 âme0.5 sgoujon n3 fd caisson0.4 0.40.3 0.20.20.1 0 0 100 200 300 400 500 600 0 0 100 200 300 400 500 600 -0.2 Espacement des goujons Interaction M –V. Damien CHAMPENOY
  • 6. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C0 : Mono-caisson : métré. STEELS Structural steel (main + bracing frames) 5469 t Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete slab 781 t Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete support for safety barrier 25 t Studs S235 fu = 450 MPa 16 t CONCRETE Main slab C35/45 2903 m3 Concrete support for safety barriers C35/45 173 m3 Concrete for GBA 131 m3 CORROSION PROTECTION Paint class C4 ANV : EXT 10095 m² Paint class C3 ANI : INT 27198 m² NON STRUCTURAL EQUIPEMENT Steel S235 JR (galvanised) - safety barrier 70 t Waterproofing layer (3 cm thick) 11189 m² Asphalt layer (8 cm thick) 2096 t Metal cornice gutter - Aluminium alloy 22 kg Comb expansion joint (range of opening : 250 mm) 43 mDamien CHAMPENOY
  • 7. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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 »  G  0,75.TS  0,4.UDL  retrait • Ici, Ed = 55% fy. • emax = 100 mm (-30°C)• En Moselle : Tmin = -40°C• Si Ed = 65% fy• emax = 70 mmDamien CHAMPENOY
  • 8. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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’épaisseurDamien CHAMPENOY
  • 9. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C1-1 : Bi-caisson : répartition matière. flange thickness span 1 span 2 1/2 span 3 lenght lower flange higher flange lenght lower flange higher flange lenght lower flange higher flange thickness thickness thickness thickness thickness thickness section 1 60 40 60 12 80 90+50 12 80 90+50 section 2 15 60 90 12 60 90 12 60 90 section 3 15 40 60 15 40 60 section 4 42 30 40 section 5 15 40 60 section 6 12 60 90 section 7 last section 15 80 90+50 12 80 90+50 21 30 40 web thickness span 1 span 2 1/2 span 3 lenght thickness lenght thickness lenght thickness section 1 60 20 12 27 12 27 section 2 15 24 12 24 12 24 section 3 72 20 section 4 12 24 last section 15 27 12 27 36 18 • 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.Damien CHAMPENOY
  • 10. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C1-1 : Bi-caisson : vérifications. 800 14 600 12 400 10 200 Melu max 8 Ved min MPlrd Melu min Vrdmin 6 0 Melu el 0 100 200 300 400 500 600 4 -200 2 -400 0 -600 0 100 200 300 400 500 600 Flexion longitudinale Effort tranchant 0.860 0.750 0.6 0.540 f dc h 0.4 raidisseur vertical30 f dc h limite raidisseur fond caisson 0.320 0.210 0.10 0 0 100 200 300 400 500 600 0 100 200 300 400 500 600 -0.1 Fatigue Raidisseur. Damien CHAMPENOY
  • 11. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C1-1 : Bi-caisson : métré. STEELS delta / c0 Structural steel (main + bracing frames) 6228 t 14% 15 % de charpente en plus malgré l’absence de pièce de pont. Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete slab 875 t 12% Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete support for safety barrier 37 t 50% Studs S235 fu = 450 MPa 5 t -72% CONCRETE 20% de volume de béton Main slab C35/45 3475 m3 20% supplémentaire Concrete support for safety barriers C35/45 259 m3 50% Concrete for GBA 0 m3 -100% CORROSION PROTECTION Paint class C4 ANV : EXT 15632 m² 55% 50% de surface extérieure supplémentaire à peindre (âme) Paint class C3 ANI : INT 28069 m² 3% NON STRUCTURAL EQUIPEMENT Steel S235 JR (galvanised) - safety barrier 97 t 38% Waterproofing layer (3 cm thick) 11113 m² -1% Asphalt layer (8 cm thick) 2030 t -3% Metal cornice gutter - Aluminium alloy 22 t 0% Comb expansion joint (range of opening : 250 mm) 43 m 0%Damien CHAMPENOY FOR 2 BOX GRIDER DECK.
  • 12. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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 Raidisseurs : S355 30 m 30 m 30 m 30 m S460 Hybride S460 Hybride S460 Hybride S460 Hybride S460 S460/S690 S460/S690 S460/S690 S460/S690Damien CHAMPENOY
  • 13. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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 • Pièce de pont HEAA 900 S460 • En travée : un raidisseur d’âme : lancement • Sur pile : pas de raidisseur supplémentaireDamien CHAMPENOY
  • 14. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C1-2 : Bi-caisson HLE : vérifications.1000 20 800 18 16 600 14 400 Melu max 12 200 MPlrd Ved min 10 Melu min Vrdmin 0 Melu el 8 0 100 200 300 400 500 600-200 6 4-400 2-600 0-800 0 100 200 300 400 500 600 Flexion longitudinale Effort tranchant60 • FATIGUE : Contrainte 50% supérieure à C0. Toujours pas dimensionnant. (30 MPa)5040 f dc h • Contrainte admissible dans le S690 : faible30 f dc h limite épaisseur : 690 MPa dans le fond de caisson20 (295 MPa en S355)100 0 100 200 300 400 500 600 • Gain léger en tranchant : qui permet de s’affranchir d’un 2ème raidisseur proche de la pile. Fatigue Damien CHAMPENOY
  • 15. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 C1-2 : Mono-caisson HLE : métré. STEELS delta / c0 Structural steel (main + bracing frames) grade S355 970 tons 15 % de charpente en moins sur le Structural steel (main + bracing frames) grade S460 3081 tons tonnage total. Structural steel (main + bracing frames) grade S690 181 tons -23% Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete slab 781 tons 0% Reinforcement steel bars fsk = 500 MPa - Concrete support for safety barrier 25 tons 0% 10 % de connecteurs supplémentaires Studs S235 fu = 450 MPa 17 tons 7% 100% 90% 80% 70%Comparaison entre 60% les différentes C0 solutions. 50% C1-1 bi-caisson 40% C1-2 HLE 30% 20% 10% 0%Damien CHAMPENOY métal béton HA goujon peinture
  • 16. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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. fy •Pourquoi 6 fy ? =>   0,4 ON NEGLIGE LE FLAMBEMENT  cr PAR TORSION •L’AN peut proposer un autre  (dépendant par exemple du taux de travail réel)Damien CHAMPENOY
  • 17. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 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
  • 18. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Merci pour votre attentionDamien CHAMPENOY