PROJET MIKTI

Ponts et passerelles en construction mixte acier-béton

1 . Objectifs

Les ponts de 35 à 80 m de portée entre appuis sont depuis les années 80 très souvent réalisés en France, en construction mixte acier/béton. Mais depuis les années 80, les matériaux, aussi bien l'acier que le béton, ont évolué dans des proportions importantes, des novations apparaissent, les enjeux se modifient. Il a paru utile à tous les acteurs participant à ce type de construction de réfléchir en commun à ses performances, ses évolutions possibles, son devenir.

Le thème central du projet de recherche est la mise en valeur des potentialités de la connexion mixte entre l'acier et le béton dans les ouvrages d'art : par la prise en compte des évolutions récentes des deux matériaux de base, par la simplification des techniques de connexion, par l'analyse des avantages que la mixité apporte au cours de la vie des ouvrages.

 2 . Programme

Le projet MIKTI est un projet de R & D à un stade très appliqué – voire technologique – organisé pour son fonctionnement autour de 5 thèmes :

Thème 1 : Les ouvrages mixtes de petite portée

Les ouvrages de petite portée sont les plus nombreux, mais échappent largement aujourd'hui à la technique de la construction mixte. Dans le cadre de ce thème, de nombreuses pistes seront explorées ou approfondies :

- technique de préflexion des poutres métalliques avec hourdis inférieur (PREFLEX),

- techniques de raboutage innovantes (par exemple connexion des poutres métalliques à un chevêtre en béton),

- tabliers mixtes multipoutres,

- tabliers à poutrelles enrobées de béton (espacement et diminution de hauteur des profilés métalliques),

- piles en acier remplies de béton.

On le voit, sont réunies dans ce thème des réflexions sur la validation, l'amélioration ou l'optimisation de procédés déjà connus (poutrelles enrobées, PREFLEX, multipoutres) comme des études d'innovation (techniques de raboutage, piles).

Thème 2 : Les dalles en béton

Deux sujets stratégiques dans ce thème, puisqu'ils sont liés à des développements potentiellement importants en termes d'évolution  des conceptions d'ouvrages :

- le problème de la préfabrication des dalles (et bien entendu de la mise en œuvre de leur continuité sur le chantier) clavage, joints secs, joints collés, précontrainte,

- le problème de la connexion acier-dalle béton : connexion ponctuelle par paquets de connecteurs, mais aussi connexion directe de l'âme métallique dans le béton de la dalle (suppression de la semelle métallique supérieure).

Ce thème comprend également des travaux de soutien : un point sur les textes réglementaires européens quant à leur interprétation, et éventuellement une étude spécifique des taux de ferraillage nécessaires dans les dalles. Enfin, ce thème explore la faisabilité (en espérant aller plus loin) de l'introduction de techniques de collage acier-béton dans les ouvrages mixtes : il va falloir concilier les performances et coûts des colles aux exigences mécaniques des ouvrages comme aux tolérances de géométrie des produits acier et béton préfabriqués.

         Thème 3 : Amélioration du bi-poutre traditionnel

Ce type d'ouvrage, très présent sur les portées moyennes (35 à 80, jusqu'à 100 m, est encore susceptible d'amélioration, optimisation, simplification, innovation. Plusieurs pistes peuvent être suivies. Elles le sont par le biais d'études de plus en plus détaillées de projets d'ouvrages, les moins intéressantes étant abandonnées au fur et à mesure en tant que de besoins, après évaluation économique :

- ouvrage bi-poutres classique (pour référence)

- bi-poutres épuré (par exemple entretoises simplement boulonnées sur des montants en simple plat) : il s'agit de diminuer les coûts de réalisation, dans le cadre des règles Eurocodes ;

- bi-caissons épurés (petits caissons sans raidissage longitudinal, pas d'entretoisement transversal en partie courante) ; ici encore, il s'agit d'une optimisation dans le cadre des Eurocodes ;

- bi-poutres avec hourdis et/ou treillis horizontal en partie basse (amélioration de la rigidité flexionnelle et/ou torsionnelle, avec augmentation de la redondance).

Ainsi, 13 APS sont réalisés durant la première tranche de travaux, qui combinent les critères ci-dessus avec d'autres critères plus "transversaux" :

- une travée isostatique ou trois travées continues,

- la largeur du tablier : 2 ou 4 voies (dans ce dernier cas, dalle béton précontrainte transversalement),

- emploi éventuel si judicieux de poutres métalliques soudées "hybrides" (ex : semelles S 460, âme S 355).

On procéda ensuite par itérations, chaque dimensionnement étant passé au crible d'une étude économique. Des études plus approfondies ont été réalisées pour les solutions les plus prometteuses.

Thème 4 : Utilisation et assemblages de tubes

L'emploi de tubes en acier dans les ouvrages mixtes a été jugé intéressant dans la définition du projet dans la mesure où il semblait opportun de réfléchir sur leur rôle potentiel dans la réalisation d'âmes en treillis reliant deux hourdis béton ; deux pistes s'ouvrent d'emblée :

- dispositions constructives et résistance de la connexion à un hourdis en béton d'éléments de treillis tubulaire métallique, remplis de béton à priori ;

- conception de tubes remplis de béton et précontraints avec des dispositions constructives préservant le tube métallique des effets néfastes d'une compression trop importante (voilement des parois métalliques sous compression).

D'autre part, le thème recouvre le renforcement des conceptions classiques d'ouvrages métalliques en treillis tubulaire par la présence de béton à l'intérieur des tubes dans les zones d'assemblage de ces tubes, ce qui est susceptible d'augmenter sensiblement la résistance de ces assemblages aux sollicitations statiques et de fatigue (quelques réalisations particulières sont connues en ouvrages d'art et dans le domaine de l'offshore).

 Enfin, une idée novatrice consiste à étudier un bi-poutres dont les semelles inférieures des poutres métalliques seraient constituées de tubes en acier, remplis de béton. Outre une augmentation de rigidité à la torsion, cette conception peut être une réponse aux problèmes du choc d'un camion sur la membrure inférieure. Toutefois l'intérêt technico-économique comme les dispositions constructives adéquates pour ce type de solution sont à examiner.

Thème 5 : Evaluation et maintenance des ponts mixtes

La problématique de la "redondance" des bi-poutres, qui  est sous-jacente dans le thème correspondant (thème 3) et constitue l'un des critères d'appréciation des diverses conceptions innovantes qui vont y être testées, conduit à tenter d'améliorer aussi les stratégies d'inspection des ouvrages. C'est précisément l'objet du thème 5. La détérioration d'un ouvrage mixte (comme pour les ponts métalliques en général) provient souvent d'un événement initial comme l'apparition d'une fissure, laquelle va ensuite se développer. L'inspection de l'ouvrage va permettre de détecter cette fissure, et les mesures de réparation (quoi faire, et à quel moment) vont naturellement dépendre du type de structure et en particulier de son degré de redondance. Les recherches dans ce thème sont centrées sur la fiabilité des outils de détection des conséquences d'un événement, d'une part, et sur une meilleure connaissance des paramètres à employer dans les modèles de calcul statistique de la fiabilité d'une structure mixte comme celle d'un bi-poutre, d'autre part. Des conséquences seront ensuite tirées de cette meilleure connaissance, en ce qui concerne la méthodologie d'inspection de ce type d'ouvrage.

Thème 6 : Valorisation

L'ensemble des partenaires souhaite diffuser au maximum les conclusions résultant des travaux du PN. Mais au cours du déroulement du Projet, il est important que tous les partenaires puissent être informés des orientations des travaux, de leur déroulement, des résultats partiels… etc.

Cette exigence a conduit à la création d'un site internet complété par un site extranet réservé aux partenaires.

3 . Partenaires

ASF – ATOFINA – BAUDIN CHÂTEAUNEUF – BOUYGUES – CEBTP – CTICM – COFIROUTE – CUST LERMES (Clermont-Ferrand) – DEMATHIEU et BARD – E.P.F.L (Ecole Polytechnique de Lausanne) – EIFFEL – ELEKTROBETON – ENSAIS – FNTP – G.T.S. Industries – GTM Construction – INSA de Lyon – INSA de Renne – IOA – J. RICHARD DUCROS – Joseph PARIS – LAM (Université de Lyon) – LCPC – MATIERE – OTUA – PROFILARBED – RAZEL – SA TUCRAIL – SANEF – SCETAUROUTE – SECOMETAL – SETEC TP – SETRA (Direction des Routes) – SNCF – SYSTRA – TONELLO – TUBEUROP France – Université de Champagne-Ardennes – USINOR – VIRY

4 . Coût et durée

4.264.609 € HT (27.904.000 F HT) dont une aide de l'Etat de l'ordre de 20%.

     Durée :

2001 à 2008.

5 . Organisation du Projet

Président   : Jacques LARAVOIRE

Directeur Technique  : Bruno CHABROLIN

Directeur Scientifique : Thierry KRETZ

Animateurs :

  thème 1 : Philippe RAMONDENC

  thème 2 : Louis DEMILECAMPS

  thème 3 : Joël RAOUL et Fereydoun TAVAKOLI

  thème 4 : Jacques BERTHELLEMY

  thème 5 : Christian CREMONA

  thème 6 : Bruno CHABROLIN

Suivi IREX   : Lucien WAHL

En liaison étroite avec le Comité Directeur, un Comité Technique et un Comité Scientifique veillent à la cohérence technique et à la coordination des études des cinq thèmes, et à la validité scientifique de l'ensemble du programme au fur et à mesure de son déroulement.

6 . Etat d'avancement au 28 juillet 2008

Les travaux ont commencé pour tous les thèmes par des études bibliographiques et théoriques, à l'intérieur d'une première tranche de travaux.

La 2^ème et 3^ème tranches de ce projet ont a prévu, au titre du thème 1  «Concevoir des tabliers performants dans le domaine des petits ponts»

- De poursuivre les études sur les poutres et caissons type Préflex.

- De lancer des essais en  laboratoire sur des poutres Préflex de 13,00 m de longueur, et l’expérimentation à l’échelle 1/5 d’une entretoise en béton sur pont mixte à quatre poutres dans le cadre de la  thèse de M. SIEFFERT à l’INSA DE LYON.

Dans le cadre du thème 2 « Dalles de ponts mixtes », ont été programmés et réalisés :

- les essais sur la connexion par paquets

- l’étude théorique et l’expérimentation d’une structure bi-poutre-dalle par collage soumise à une flexion transversale

- l’étude de caractérisation du comportement mécanique du collage acier-béton et la prévision de la durabilité

- et, avec le concours du PN BEFIM, l’expérimentation d’une dalle en BFUP de 12,5 x 2,40 m

Au titre du thème 3 « Amélioration du bi-poutre traditionnel », les études d’A.P.D. des deux solutions retenues, à partir de la synthèse des études d’A.P.S.  réalisées au titre de la 1^ère tranche.

Pour le thème 4 sur « l’utilisation des tubes », un groupe de travail piloté par M. Thierry KRETZ a été constitué pour redéfinir le  programme de recherche à poursuivre.

Enfin, au titre du thème 5 « Utilisation et maintenance des ponts mixtes »

Ont été réalisés :

- les études pour développer de nouveaux modèles théoriques pour calculer la propagation d’une fissure sur un assemblage ;

- les essais de fatigue et de détection de fissures sur éprouvettes par différentes méthodes.

Institut pour la Recherche appliquée et l'EXpérimentation en génie civil

IREX  9, rue de Berri - 75008 Paris - Tél. : 01 44 13 32 79 - Fax. : 01 43 59 41 93

E-mail : contact@irex.asso.fr - Site Internet : www.irex.asso.fr - Conception et Design : Nicolas MICHEL - Dernière modification : 21 mars 2012