PFE soutenu en 2011 WOLFF Thomas 1/4

C A L C U L D U N O U V R A G E D A R T D E T Y P E B I P O U T R E M I X T E A U X E U R O C O D E S C O M P A R A I S O N A V E C L E S R E S U L T A T S O B T E N U S A U X A N C I E N S R E G L E M E N T S

Socit daccueil : EIFFEL Construction Mtallique PFE prsent par : WOLFF Thomas Tuteur industriel : M. KEUSCH Pierre Enseignant superviseur : M. ZINK Philippe

1. Prsentation du sujet

Lentreprise EIFFEL, filiale dEIFFAGE, 3me groupe franais de gnie civil, est spcialise dans la construction mtallique. Elle dispose de plusieurs sites en France, chacun travaillant dans un domaine particulier de la construction mtallique. La spcialit du site de Lauterbourg, o jai effectu mon Projet de Fin dEtudes, est la ralisation douvrages dart mtalliques et mixtes.

Afin davoir une ide de limpact que peut avoir la mise en application des Eurocodes sur le dimensionnement des bipoutres mixtes (type de pont le plus couramment ralis au sein de ses ateliers), le sujet suivant ma t propos :

Calcul dun ouvrage dart de type bipoutre mixte aux Eurocodes, et comparaison des rsultats obtenus avec le projet rel dimensionn aux anciens Rglements Franais .

Ma mission est donc de vrifier les poutres principales dun pont routier de type bipoutre mixte aux Eurocodes, puis de comparer les rsultats obtenus aux Anciens Rglements, avant doptimiser la rpartition matire si cela est possible. Etant en bureau dtudes spcialis en construction mtallique, les vrifications spcifiques au hourdis bton ne seront pas considres.

2. Prsentation de louvrage tudi

Louvrage quil ma t propos dtudier est le tablier Nord du Viaduc du Rey, situ sur lA89 Est entre Balbigny et Violay (Loire). Ce bipoutre routier mixte entretoises de 178 m de long a t tudi avec les Anciens Rglements Franais. Le modle de dpart pour mon tude sera donc la rpartition de matire telle que mise en place dans le cadre du projet rel.

Le choix sest port sur cet ouvrage car il est reprsentatif de lensemble des bipoutres routiers mixtes puisque compos de 3 traves avec une travure bien quilibre (53 72 53).

Figure 1 : Coupe transversale Figure 2 : Vue en plan

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Figure 3 : Rpartition de matire optimise avec les Anciens Rglements

3. Etudes ralises

A lissue de ltude du projet rel, les poutres principales ont t dcoupes en trois sections caractristiques, qui sont :

5460

276399

sem. sup-sup 12380

sem. sup-inf 750

750

2750 2585

24

sem. inf-sup85

sem. inf-inf900

Section S3, sur appuis (S460)

5460

276399

sem. sup-sup 12345

sem. sup-inf 750

750

2750 2655

24

sem. inf-sup50

sem. inf-inf900

Section S2, proche pile (S460)

5460

276398.9

sem. sup-sup 122.930

sem. sup-inf 750

750

2750 2680

23

sem. inf-sup40

sem. inf-inf900

Section S1, en trave (S355)

Afin de vrifier ces sections, les Eurocodes ont introduit la notion de classification des sections transversales. En plus dtre une premire vrification au voilement, (puisque dpendant de llancement des sections et supprimant les aires sujettes au voilement pour la dtermination des sections rduites de classe 4), cette classification permet de mener le calcul en plasticit pour les sections de classe 1 et 2, les sections de classe 3 et 4 tant vrifies en lasticit (comme avec les Anciens Rglements). Dans le cadre de cette tude, les sections S3 et S2 sont de classe 4 alors que la section S1 est de classe 1.

Les principales vrifications ralises sur ces sections sont la vrification en flexion longitudinale, au dversement, leffort tranchant (voilement par cisaillement) et linteraction tranchant-flexion. Jai galement vrifi lossature mtallique la fatigue et dimensionn la connexion ncessaire pour reprendre le glissement relatif entre les poutres mtalliques et le hourdis en bton. Afin de raliser ces tudes, jai modlis la poutre principale la plus charge avec le logiciel Mixtewin de CCS. Je me suis galement servi du guide mthodologique du SETRA Eurocodes 3 et 4, application aux ponts-routes mixtes acier bton pour raliser des feuilles Excel de vrification.

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4. Comparaison

Une fois les poutres principales vrifies, jai ralis une tude comparative des deux Rglements. Pour cette tude, je me suis intress aux hypothses, aux mthodes de calcul et aux rsultats obtenus pour le Viaduc.

En ce qui concerne les hypothses, mes principales conclusions sont les suivantes :

- la considration du retrait et du coefficient dquivalence est plus complexe avec les Eurocodes ;

- les charges routires du modle de charge LM1 sont plus dfavorables que lenveloppe {A(l), Bc} du Fascicule 61 Titre II et leur rpartition transversale est plus dfavorable.

Concernant les mthodes de calcul, les principales diffrences concernent :

- La prise en compte de la fissuration dans la dtermination des sollicitations, qui a pour consquence de diminuer les contraintes sur appuis et de les transfrer en trave ;

- Le calcul en plasticit pour les sections de classe 1 et 2, qui permet dutiliser les sections au-del de leur limite lastique ;

- Le voilement, qui est plus favorable aux Eurocodes du fait de la considration dune section rduite pour les sections lances de classe 4, dans laquelle laire sujette au voilement est nglige ;

- La fatigue, puisque le convoi FLM3 dfini par les Eurocodes est plus pnalisant que le modle Bf30 et que certaines classes de dtail sont plus pnalisantes (dtail de soudure des montants courants sur les semelles infrieures lorsque la semelle du montant est biseaute) ;

- Les dispositions constructives relatives la connexion, qui se rvlent pnalisantes lorsque lon considre des semelles suprieures de classe 4 comme tant de classe 1 du fait de la prsence du hourdis bton. En effet, il est ncessaire dans ce cas de respecter un espacement maximum entre deux ranges de connecteurs afin dviter le voilement de la semelle ;

- Le dversement puisque, bien que la mthode simplifie propose par les Eurocodes soit similaire la mthode dEngesser (dveloppe par les Anciens Rglements), la mthode Eurocodes est plus pnalisante du fait du coefficient partiel de scurit sur les instabilits M1 qui pnalise la contrainte admissible de 10 %.

Par rapport aux rsultats :

- Les trois sections caractristiques sont vrifies en flexion et leffort tranchant ;

- La conception de la connexion aux Eurocodes ncessite 600 goujons de plus pour les deux poutres principales, ce qui reprsente une augmentation de 15.7 % ;

- Les sections sur piles et proches des appuis ne sont pas vrifies au dversement avec la mthode simplifie. Jai donc eu recours la mthode gnrale de vrification, en renforant les cadres dentretoisement proches des piles.

Au final, la vrification des poutres principales du Viaduc du Rey avec les Eurocodes a ncessit lajout dune entretoise de part et dautre des piles, soit un alourdissement de lensemble de la structure de 20 tonnes, soit un surpoids de 4,5%.

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5. Optimisation

La vrification de louvrage au dversement a ncessit le renforcement des cadres dentretoisement, reprsentant un surpoids de 4,5 % sur lensemble de lossature mtallique. Or, le dversement ne concerne que les semelles comprimes. Cest pourquoi, au vu de la marge disponible par rapport la vrification au voilement par cisaillement, il est possible de diminuer lpaisseur des mes.

Jai ainsi pu gagner 4 mm dpaisseur dme sur lensemble de louvrage, soit un allgement de 30 tonnes pour lensemble de lossature.

Le poids total de lossature mtallique lissue de ltude avec les Eurocodes est donc de 410 tonnes, soit 10 tonnes de moins que celui issu de ltude avec les Anciens Rglements Franais, ce qui reprsente un allgement de 2,4 %.

Figure 4 : Rpartition de matire finale avec les Eurocodes

6. Conclusion

Les vrifications avec les Eurocodes sont plus complexes et permettent doptimiser les sections en dterminant les sollicitations de manire plus prcise quavec les Anciens Rglements. Nanmoins, elles ncessitent plus de temps de calcul et la vrification des instabilits telles que le dversement et les dispositions constructives pour la connexion sont plus pnalisantes.

Le poids gagn sur les sections est donc redistribu sur les lments transversaux proches des piles et dans les connecteurs. Les conomies de matire ralises avec les Eurocodes sont donc relativement faibles, mme si elles reprsentent un gain de 0.8 % sur le prix global de louvrage.

Ces propos sont nanmoins nuancer, puisque la rpartition initiale de mon tude a t mise en place sans incidents dans le cadre du projet rel. De plus, dautres solutions existent pour se prmunir du risque de dversement, telle que la mise en place de bracons permettant de rigidifier les lments transversaux tout en limitant le poids. Une tude non linaire du second ordre tenant compte de la dforme initiale de la poutre permettrait galement une analyse plus prcise du phnomne.

On peut galement sinterroger sur lintrt de considrer la semelle suprieure comme tant de classe 1 lorsquelle est de classe 4 au vu de laugmentation de la densit de connecteurs quelle induit. Mais cela est considrer au cas par cas.

Les conclusions de mon tude se basent sur ltude dun ouvrage en particulier. Des tudes complmentaires sur dautres ouvrages seraient donc ncessaires avant de gnraliser mes constats.