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

5. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012
C0 : Mono-caisson : vérifications.
1200 25
1000
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 1.2
0.9
1
0.8
0.7 0.8
0.6
0.6
n3 âme
0.5
sgoujon n3 fd caisson
0.4 0.4
0.3
0.2
0.2
0.1 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 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

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
0.8
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