Intermodalité vélo transport collectif - Le projet VERT
Les grands ouvrages métalliques de SBRI. Point sur le calcul et premières conclusions
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 2012
Damien 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
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 m
Damien 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 mm
Damien 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’épaisseur
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
0.8
60 0.7
50 0.6
0.5
40
f dc h 0.4
raidisseur vertical
30
f dc h limite raidisseur fond caisson
0.3
20
0.2
10
0.1
0 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/S690
Damien 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
supplémentaire
Damien 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 tranchant
60
• FATIGUE : Contrainte 50% supérieure à C0.
Toujours pas dimensionnant. (30 MPa)
50
40
f dc h • Contrainte admissible dans le S690 : faible
30
f dc h limite
épaisseur : 690 MPa dans le fond de caisson
20
(295 MPa en S355)
10
0
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 attention
Damien CHAMPENOY