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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012




    Journées techniques Ouvrages d’Art
                   2012

                                                 Sourdun
                                         Mercredi 9 et Jeudi 10 mai


        C. Aubagnac, D. Germain, A. Houel, S.
        Chataigner
        10 mai 2012




Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



     Expérimentation poutre de Clerval
     Sommaire

         Contexte particulier de la gestion des VIPP et retours d'expérience
          RST
         Présentation du corps d'épreuve
         Partenariat
         Programme et phasage de l’opération
         Planning
         Bénéfices attendus




Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



        Expérimentation poutre de Clerval
        Contexte particulier de la gestion des VIPP

          •     Une famille très difficile à gérer et notamment les ouvrages de
                première génération (< 1970)

          •     Absence de moyens de diagnostic fiable permettant d’évaluer la
                précontrainte résiduelle de l’ouvrage et son évolution :
                 – aléa « corrosion de la précontrainte » pouvant avoir un niveau
                   élevé, avec un caractère aléatoire, sans manifestation de
                   défaut de fonctionnement structurel,
                 – vulnérabilité pouvant être grande de certains ouvrages...




Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



        Expérimentation poutre de Clerval
        Retours d’expérience RST

        •    Etude de la poutre du VIPP de Merlebach sous chargement (2004-
             2005),

        •    Méthodologie RST d'analyse de risques liés à la corrosion de la
             précontrainte. Applications :
              - VIPP autoroutiers français (2005-2006),
              - VIPP du RRN (2008-2010),

               soit une population d'environ 250 ouvrages (il y en a plus de 1000 en
                 France…)




Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



        Expérimentation poutre de Clerval
        Contexte particulier de la gestion des VIPP

       Besoins d’actions complémentaires de recherche pour :

       •    améliorer la connaissance du comportement mécanique au
            voisinage de la rupture,
       •    rendre totalement opérationnelles les techniques de contrôle
            prometteuses testées (notamment courburemétrie et évaluation
            dynamique),
       •    développer de nouvelles méthodes d'auscultation et l’approche
            probabiliste de la sécurité de ces structures.




Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



        Expérimentation poutre de Clerval
        Contexte particulier de la gestion des VIPP

     Contexte récent du renforcement des VIPP par
       composites collés comme armatures passives
       additionnelles

     Premières recommandations provisoires de groupe
        de travail AFGC sur la réparation et le
        renforcement des structures en béton au
        moyen des matériaux composites de février
        2011

     Mais de nombreuses interrogations existent
       encore, notamment sur le fonctionnement de la
       structure renforcée après ouverture de fissures...

               Expérimentation sur la poutre de VIPP de
                 l'ancien pont de Clerval sur le Doubs

Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



       Expérimentation poutre de Clerval
       Présentation du corps d’épreuve

           Poutre de rive amont de la travée RD du pont de la RN83
        franchissant le Doubs à Clerval récupérée suite à sa démolition en
        2002

        • Années de construction : 1952 - 1954
        • Longueur poutre : environ 30 m – hauteur poutre : 1,30 m
        • Epaisseur des âmes : variable de 0,30 m sur appuis à 0,14 m en
        section courante
        • Nombre de câbles 12 phi 5 mm STUP Freyssinet : 20 + 1 (câblage
        dissymétrique)

        • Poutre « nue » de toute superstructure, dont la géométrie est
        facilement vérifiable et les conditions d'appuis ajustables.
        • « Dossier » de construction
        • Poutre réelle avec vieillissement naturel en exploitation puis sur
        stockage extérieur (site de Margenne à proximité d’Autun).
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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



        Expérimentation poutre de Clerval
        Présentation du corps d’épreuve




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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012


        Expérimentation poutre de Clerval
        Partenariat

   Partenariat indispensable pour aider à financer l'opération.

   Convention de partenariat en cours de signature entre les
     organismes qui apportent une contribution financière à l'opération :
   - les sociétés concessionnaires d'autoroutes,
   - l'IFSTTAR (OR AIPAD 2012-2014),
   - Sétra (plans d’actions 2012 à 2014),
   - le CETE de Lyon.




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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



   Expérimentation poutre de Clerval
   Programme et phasage de l’opération

         Objectifs : double besoin de connaissance du fonctionnement des
            structures
         - “saines”, renforcées par matériaux composites collés,
         - pré-fissurées, renforcées par matériaux composites collés.

         Programme :
         1) Solliciter la poutre en flexion 3 points, en alternant les phases de
            renforcement et de chargement et en menant la poutre à la rupture;
         2) Solliciter en cisaillement 1 ou 2 demi-poutres renforcées
            judicieusement selon le mode de rupture souhaité.




Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



   Expérimentation poutre de Clerval
   Programme et phasage de l’opération
         1 - Construction de la plateforme de chargement (environ 50 m x 10
             m), déplacement et préparation de la poutre

         2 - Diagnostic de la poutre et caractérisation de la poutre dans son
             état initial au repos (décorrélation vis à vis des paramètres
             environnementaux influents)

         3 - Préparation et essais de la poutre en flexion

         4 - Préparation et essais du tronçon 1 “au tranchant” après
             renforcement en fonction du mode de rupture visé (tranchant, bielle
             d'about ou coin d'appui)

         5 - Préparation et essais du tronçon 2 (si disponible) “au
             tranchant”…

         6 - Autopsie (optionnelle à ce jour)
Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



       Expérimentation poutre de Clerval
       Programme et phasage de l’opération




                                                                        Prédimensionnement des efforts :
                                                                        a priori, besoin de :
                                                                        120 t en flexion 3 points (flèche
                                                                        élastique de 225 mm)
                                                                        180 t en cisaillement

                                                                        Dimensionnement respectivement
                                                                        pour 200 t et 250 t
                                                                        Vérin de course de 500 mm...




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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



   Expérimentation poutre de Clerval
   Instrumentation envisagée
         1 - Suivi de l'effort de sollicitation (CETE Lyon)
         2 - Suivi de la température (CETE Lyon)
         3 - Suivi de la “géométrie” de la poutre (CETE Lyon)
                 Nivellement
                 Inclinomètres aux appuis
                 Extensométrie (sur béton, renforts composites collés, armatures de précontrainte)
         4 – Courburemétrie (CETE Nord Picardie et CETE Méditerranée) pour
              accéder à la rigidité en flexion et ainsi localiser et quantifier l'endommagement au
              cours des essais
         5 - Evaluation dynamique (CETE Lyon) pour étudier l'évolution des
              paramètres modaux de la poutre en fonction des dégradations et des renforcements
              mis en œuvre, pour aider au calage d’un modèle numérique du corps d'épreuve
         6 - Surveillance acoustique (CASC 2) et émission acoustique
            (IFSTTAR) pour détecter et localiser les ruptures de fils et la fissuration du béton
              lors de l’expérimentation
         7 - Fibre optique simple (IFSTTAR)
         8 - Imagerie et détection de fissures (IFSTTAR)
         9 - Méthode acoustique CODA (IFSTTAR) pour remonter à la variation de
              déformation locale et de contrainte
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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012



   Expérimentation poutre de Clerval
   Modélisation et calculs
       •    Calculs préparatoires (CETE Lyon) pour :
       -    permettre le montage d'une plateforme d'expérimentation adaptée à la poutre testée,
       -    renforcer la poutre de manière à rendre les expérimentations les plus riches
            possibles,
       -    identifier les zones et modes de rupture prévisionnels afin de placer judicieusement
            les instrumentations.


       •    Calculs prédictifs (CETE Lyon, CETE Nord Picardie et Sétra) vis à
            vis des sollicitations de flexion et “au tranchant” (poutre “saine” /
            fissurée, non renforcée / renforcée), recherche des ordres de
            grandeur (logiciels PCP, CDS, ST1 et codes aux éléments finis).

       •    Exploitation des résultats de mesures
            En fonction des résultats des mesures, on cherchera à identifier les
            paramètres susceptibles d'expliquer les différences de comportement
            entre le corps d'épreuve et les modèles. Les modèles seront alors
            ajustés de manière à devenir plus représentatifs.

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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012


        Expérimentation poutre de Clerval
        Planning

        Opération prévue sur 3 ans

        Planning selon la date de signature effective de la convention :
        •    Etudes préparatoires, consultations : 2ième et 3ième trimestre 2012
        •    Montage de la plateforme d'expérimentation : 4ième trimestre 2012
        •    Mesures préparatoires à l'étude dynamique et diagnostic préalable de la
             poutre (précontrainte et béton) : 1er semestre 2013
        •    Étude de chargement et de renforcement à la flexion : 3ième trimestre 2013
        •    Étude de chargement et renforcement au tranchant : 4ième trimestre 2013 et
             1er trimestre 2014
        •    Exploitation des mesures et publications : 2013 à 2014




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Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012


        Expérimentation poutre de Clerval
        Bénéfices attendus

         Rappel des principaux bénéfices attendus au terme de l'opération :

             résultats validés sur les techniques, matériels, chaînes de mesure
              testés pour la surveillance ou l'auscultation des VIPP et leurs
              interprétations,

             résultats validés sur les modélisations et calculs permettant
              l'évaluation structurale résiduelle des VIPP,

             résultats validés sur l'efficacité des renforcements composites collés
              vis à vis de différents modes de rupture (dont dispositions
              constructives),

             règles de justifications adaptées, notamment vis à vis du contrôle de
              la fissuration.

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Intermodalité vélo transport collectif - Le projet VERT
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Expérimentation poutre de Clerval

  • 1. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Journées techniques Ouvrages d’Art 2012 Sourdun Mercredi 9 et Jeudi 10 mai C. Aubagnac, D. Germain, A. Houel, S. Chataigner 10 mai 2012 Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 2. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Sommaire  Contexte particulier de la gestion des VIPP et retours d'expérience RST  Présentation du corps d'épreuve  Partenariat  Programme et phasage de l’opération  Planning  Bénéfices attendus Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 3. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Contexte particulier de la gestion des VIPP • Une famille très difficile à gérer et notamment les ouvrages de première génération (< 1970) • Absence de moyens de diagnostic fiable permettant d’évaluer la précontrainte résiduelle de l’ouvrage et son évolution : – aléa « corrosion de la précontrainte » pouvant avoir un niveau élevé, avec un caractère aléatoire, sans manifestation de défaut de fonctionnement structurel, – vulnérabilité pouvant être grande de certains ouvrages... Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 4. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Retours d’expérience RST • Etude de la poutre du VIPP de Merlebach sous chargement (2004- 2005), • Méthodologie RST d'analyse de risques liés à la corrosion de la précontrainte. Applications : - VIPP autoroutiers français (2005-2006), - VIPP du RRN (2008-2010), soit une population d'environ 250 ouvrages (il y en a plus de 1000 en France…) Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 5. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Contexte particulier de la gestion des VIPP Besoins d’actions complémentaires de recherche pour : • améliorer la connaissance du comportement mécanique au voisinage de la rupture, • rendre totalement opérationnelles les techniques de contrôle prometteuses testées (notamment courburemétrie et évaluation dynamique), • développer de nouvelles méthodes d'auscultation et l’approche probabiliste de la sécurité de ces structures. Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 6. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Contexte particulier de la gestion des VIPP Contexte récent du renforcement des VIPP par composites collés comme armatures passives additionnelles Premières recommandations provisoires de groupe de travail AFGC sur la réparation et le renforcement des structures en béton au moyen des matériaux composites de février 2011 Mais de nombreuses interrogations existent encore, notamment sur le fonctionnement de la structure renforcée après ouverture de fissures... Expérimentation sur la poutre de VIPP de l'ancien pont de Clerval sur le Doubs Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 7. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Présentation du corps d’épreuve Poutre de rive amont de la travée RD du pont de la RN83 franchissant le Doubs à Clerval récupérée suite à sa démolition en 2002 • Années de construction : 1952 - 1954 • Longueur poutre : environ 30 m – hauteur poutre : 1,30 m • Epaisseur des âmes : variable de 0,30 m sur appuis à 0,14 m en section courante • Nombre de câbles 12 phi 5 mm STUP Freyssinet : 20 + 1 (câblage dissymétrique) • Poutre « nue » de toute superstructure, dont la géométrie est facilement vérifiable et les conditions d'appuis ajustables. • « Dossier » de construction • Poutre réelle avec vieillissement naturel en exploitation puis sur stockage extérieur (site de Margenne à proximité d’Autun). Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 8. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Présentation du corps d’épreuve Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 9. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Partenariat Partenariat indispensable pour aider à financer l'opération. Convention de partenariat en cours de signature entre les organismes qui apportent une contribution financière à l'opération : - les sociétés concessionnaires d'autoroutes, - l'IFSTTAR (OR AIPAD 2012-2014), - Sétra (plans d’actions 2012 à 2014), - le CETE de Lyon. Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 10. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Programme et phasage de l’opération Objectifs : double besoin de connaissance du fonctionnement des structures - “saines”, renforcées par matériaux composites collés, - pré-fissurées, renforcées par matériaux composites collés. Programme : 1) Solliciter la poutre en flexion 3 points, en alternant les phases de renforcement et de chargement et en menant la poutre à la rupture; 2) Solliciter en cisaillement 1 ou 2 demi-poutres renforcées judicieusement selon le mode de rupture souhaité. Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 11. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Programme et phasage de l’opération 1 - Construction de la plateforme de chargement (environ 50 m x 10 m), déplacement et préparation de la poutre 2 - Diagnostic de la poutre et caractérisation de la poutre dans son état initial au repos (décorrélation vis à vis des paramètres environnementaux influents) 3 - Préparation et essais de la poutre en flexion 4 - Préparation et essais du tronçon 1 “au tranchant” après renforcement en fonction du mode de rupture visé (tranchant, bielle d'about ou coin d'appui) 5 - Préparation et essais du tronçon 2 (si disponible) “au tranchant”… 6 - Autopsie (optionnelle à ce jour) Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 12. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Programme et phasage de l’opération Prédimensionnement des efforts : a priori, besoin de : 120 t en flexion 3 points (flèche élastique de 225 mm) 180 t en cisaillement Dimensionnement respectivement pour 200 t et 250 t Vérin de course de 500 mm... Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 13. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Instrumentation envisagée 1 - Suivi de l'effort de sollicitation (CETE Lyon) 2 - Suivi de la température (CETE Lyon) 3 - Suivi de la “géométrie” de la poutre (CETE Lyon)  Nivellement  Inclinomètres aux appuis  Extensométrie (sur béton, renforts composites collés, armatures de précontrainte) 4 – Courburemétrie (CETE Nord Picardie et CETE Méditerranée) pour accéder à la rigidité en flexion et ainsi localiser et quantifier l'endommagement au cours des essais 5 - Evaluation dynamique (CETE Lyon) pour étudier l'évolution des paramètres modaux de la poutre en fonction des dégradations et des renforcements mis en œuvre, pour aider au calage d’un modèle numérique du corps d'épreuve 6 - Surveillance acoustique (CASC 2) et émission acoustique (IFSTTAR) pour détecter et localiser les ruptures de fils et la fissuration du béton lors de l’expérimentation 7 - Fibre optique simple (IFSTTAR) 8 - Imagerie et détection de fissures (IFSTTAR) 9 - Méthode acoustique CODA (IFSTTAR) pour remonter à la variation de déformation locale et de contrainte Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 14. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Modélisation et calculs • Calculs préparatoires (CETE Lyon) pour : - permettre le montage d'une plateforme d'expérimentation adaptée à la poutre testée, - renforcer la poutre de manière à rendre les expérimentations les plus riches possibles, - identifier les zones et modes de rupture prévisionnels afin de placer judicieusement les instrumentations. • Calculs prédictifs (CETE Lyon, CETE Nord Picardie et Sétra) vis à vis des sollicitations de flexion et “au tranchant” (poutre “saine” / fissurée, non renforcée / renforcée), recherche des ordres de grandeur (logiciels PCP, CDS, ST1 et codes aux éléments finis). • Exploitation des résultats de mesures En fonction des résultats des mesures, on cherchera à identifier les paramètres susceptibles d'expliquer les différences de comportement entre le corps d'épreuve et les modèles. Les modèles seront alors ajustés de manière à devenir plus représentatifs. Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 15. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Planning Opération prévue sur 3 ans Planning selon la date de signature effective de la convention : • Etudes préparatoires, consultations : 2ième et 3ième trimestre 2012 • Montage de la plateforme d'expérimentation : 4ième trimestre 2012 • Mesures préparatoires à l'étude dynamique et diagnostic préalable de la poutre (précontrainte et béton) : 1er semestre 2013 • Étude de chargement et de renforcement à la flexion : 3ième trimestre 2013 • Étude de chargement et renforcement au tranchant : 4ième trimestre 2013 et 1er trimestre 2014 • Exploitation des mesures et publications : 2013 à 2014 Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 16. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Expérimentation poutre de Clerval Bénéfices attendus Rappel des principaux bénéfices attendus au terme de l'opération :  résultats validés sur les techniques, matériels, chaînes de mesure testés pour la surveillance ou l'auscultation des VIPP et leurs interprétations,  résultats validés sur les modélisations et calculs permettant l'évaluation structurale résiduelle des VIPP,  résultats validés sur l'efficacité des renforcements composites collés vis à vis de différents modes de rupture (dont dispositions constructives),  règles de justifications adaptées, notamment vis à vis du contrôle de la fissuration. Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner
  • 17. Les Plénières Journées Techniques Ouvrages d’Art 2012 Merci pour votre attention Christophe Aubagnac, Didier Germain, Adrien Houel, Sylvain Chataigner