130328 CROA BP-Methodes-courantes-d-evaluation-structurale · Norme ISO 13822:2010 : « Bases du...

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Contexte

� Patrimoine ouvrage d'art vieillissant

� Trafic routier de plus en plus agressif

� Attente des MOA : Optimisation de la gestion des ouvrages d'art

� Nécessité d'une évaluation de la performance d'un ouvrage pour :

� Prendre en compte une évolution de ses conditions d'exploitation,

� Juger de son aptitude à supporter sans dommage le passage d'un convoi exceptionnel,

� Apprécier sa capacité portante résiduelle (en cas de désordres constatés)

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Contexte

� CADRE REGLEMENTAIRE POUR LES OUVRAGES EXISTANTS

� LES EUROCODES : la quasitotalité ne concernent que les ouvrages neufs

� Exemple de l'Eurocode 12 « Actions sur les structures – Actions sur les ponts dues au trafic »Section 1 – Généralités : Paragraphe 1.1 Domaine d'application« (2) Les charges d'exploitation définies dans l'EN 19912 sont destinées à être utilisées pour le calcul des ponts neufs, piles, culées, murs gardegrève, murs en ailes et en retour, etc., ainsi que de leurs fondations »

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Contexte


� Deux exceptions : Eurocodes 0 et 8

� Eurocode 0 – Eurocodes structuraux – Bases de calcul des structuresParagraphe 1.1 – Domaine d'application« (4) L'EN 1990 est applicable pour l'évaluation structurale de constructions existantes, en vue de projeter des réparations et des modifications ou d'étudier des changements d'utilisation.NOTE : des dispositions additionnelles ou modifiées pourront se révéler nécessaires selon le cas. »

� Eurocode 8 – Calcul des structures pour leur résistance aux séismesPartie 3 : évaluation et renforcement des bâtiments »

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Contexte


� LES EUROCODES :

Eurocode en cours de rédaction :

« Evaluation et rénovation des structures existantes »

� Norme ISO 13822:2010 : « Bases du calcul des constructions – Evaluation des

constructions existantes »

page VI : The ultimate goal is to limit construction intervention to a strict minimum, a goal that is clearly in agreement with the principles of sustainable development.> limiter les interventions sur les structures

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Contexte


� En l'absence de textes réglementaires, la stricte application des règlements destinés aux ouvrages à construire pour évaluer un ouvrage existant n'est en général pas pertinente et peut conduire à des renforcements ou réparations injustifiées (marges de sécurité injustifiées).

� Il n'est pas non plus possible de s'appuyer entièrement sur les règlements anciens qui n'intègrent pas les évolutions des connaissances scientifiques récentes (comportement des matériaux)

� Il convient de prendre en compte l'état de l'ouvrage

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Contexte

� DIFFERENCES ENTRE UN OUVRAGE NEUF ET UN OUVRAGE EXISTANT

� Meilleure connaissance de l'ouvrage ou du trafic supporté : aménagements possibles des règlements pour ouvrages neufs sans remettre en cause l'ordre de grandeur de niveau de sécurité structurale

Exemple : réduction de l'incertitude sur certaines données > réduction des coefficients partiels de sécurité pondérant les actions et les résistances

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Contexte� Groupe de travail du

Réseau Scientifique et Technique (RST) du Ministère de l'Ecologie, du Développement Durable et de l'Energie (MEDDE) :

rapport interne exposant les pratiques en vigueur dans le RST en matière d'évaluation structurale des ouvrages existants

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Contexte� LA NOTE D'INFORMATION N°35 DU SETRA (MAI 2012)

http://www.piles.setra.equipement.gouv.fr/notedinformationno35a900.html

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Définition

� Evaluation structurale

� Appréciation de :

� La sécurité structurale (ELU),

� L'aptitude au service (ELS)

� Nécessite en général des calculs structuraux

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Plan de la note d'information

� La démarche des calculs

� Quels règlements utiliser pour les évaluations structurales ?

� Prise en compte de l'ELS et de l'ELU

� Quels aménagements prendre en compte ?

� Quelles caractéristiques mécaniques retenir pour les matériaux en bon état ?

� Quelles caractéristiques mécaniques retenir pour les matériaux présentant des désordres ?

� Comment prendre en compte la connaissance de l'existant et notamment les désordres et le résultat des auscultations ?

� Comment trouver des réserves de capacité portante ?

� Les transports exceptionnels

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La démarche des calculs

� Différents niveaux de complexité

Niveau Résistance / Modèle de charges Calculs Analyse

1Résistance et charges

du règlement pour ouvrages neufs

Simples

Semi-probabiliste avec coefficients

partiels du règlement

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Complexes

3Introduction des mesures in situ

4Semi-probabilistes avec coefficients

modifiés

5 Lois de probabilité Probabiliste

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La démarche des calculs

� Etape 1 : le fait que l'ouvrage est déjà construit n'est pas ou peu pris en compte

� Utilisation des règlements pour ouvrages neufs

� Cas des convois exceptionnels : comparaison des sollicitations

Niveaux 1 et 2Ne s'applique pas aux ouvrages présentant des désordres

� Etape 2 : le fait que l'ouvrage est déjà construit est pris en compte

� Utilisation des règlements pour ouvrages neufs avec adaptations sur les sollicitations et les résistances

� Prise en compte de résultats d'auscultation et d'instrumentation

� Recherche de réserves de capacité portante

Niveaux 3 et 4

� Etape 3 : approche fiabiliste (niveau 5)

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Quels règlements

� Quel règlement de calcul ?

� Principe retenu : règlement actuel, les Eurocodes (avec aménagements pertinents)

� Cas d'évaluation sous convois exceptionnels : comparer l'effet du convoi avec l'effet des charges de dimensionnement retenues lors de la conception (pour ouvrages postérieurs à 1965)

� Quel règlement de charges ?

� Principe retenu : règlement actuel, les Eurocodes (Eurocode 12)

� Pour les ouvrages autoroutiers à fort trafic PL : pas d'adaptation

� Pour les autres ouvrages : possibilité de vérifier selon le règlement français précédent (fascicule 61 titre II)

En général, classe 2 de l'Eurocode 12 équivalent au fascicule 61 titre II, sauf ponts à poutres (excentrement)

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Prise en compte ELS / ELU

� Rappel définitions de l'Eurocode 0

� ELS : états correspondant à des conditions audelà desquelles les exigences d'aptitudes au service spécifiées pour une structure ou un élément structural ne sont plus satisfaites.Doivent être classés comme étatslimites de service ceux qui concernent :

� Le fonctionnement de la structure ou des éléments structuraux en utilisation normale,

� Le confort des personnes,

� L'aspect de la construction

� ELU : états associés à un effondrement ou à d'autres formes similaires de défaillance structurale.Doivent être classés comme étatslimites ultimes ceux qui concernent :

� La sécurité des personnes

� et/ou la sécurité de la structure.

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Prise en compte ELS / ELU

� ELS. Principe retenu au MEDDE : un ouvrage existant peut avoir un niveau théorique d'aptitude au service (ELS) inférieur à celui requis pour un ouvrage neuf.

Ce principe n'est cependant pas applicable au cas des évaluations structurales pour passage de convois exceptionnels. Dans ce cas, les exigences de l'ELS doivent être vérifiés.

� ELU. Principe retenu au MEDDE : un ouvrage existant doit avoir un niveau de sécurité structurale (ELU) comparable à celui requis pour un ouvrage neuf.

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Quels aménagements ?

� MODIFICATION DES COEFFICIENTS PARTIELS ELU

� Coefficients partiels relatifs aux charges permanentes

produit de deux coefficients et

� correspond aux incertitudes de modélisation, = 1,125Cette valeur n'est en général pas modifiée.

� correspond à l'incertitude sur la valeur de G. Cette valeur peut être légèrement réduite, sur la base de résultats d'investigations.

Au total, il convient de ne pas descendre en dessous de

Exemples d'investigations :

� Mesures de l'épaisseur d'enrobé et des superstructures,

� Relevés géométriques

� Masse volumique du béton,

� Pesées des réactions d'appui..

� Coefficients partiels relatifs aux charges routières : ne pas modifier.

G=1,35 Sd g

Sd

g

G=1,20

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Quels aménagements ?

� Coefficients partiels relatifs aux matériaux

En fonction des résultats des mesures effectuées sur l'ouvrage et notamment de leur dispersion, il est envisageable d'affiner les valeurs des coefficients partiels relatifs aux matériaux.

NF EN 199211 – Annexe A informative « Modification des coefficients relatifs aux matériaux » qui peut être appliquée au cas d'un ouvrage existant et peut conduire à des réductions significatives des coefficients partiels

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Caractéristiques mécaniques pour les matériaux en bon état ?

� LES OUVRAGES POSTERIEURS à 1960

� Recalcul basé sur les résistances des matériaux visées dans les documents d'exécution, avec adaptations :

� Résistance béton à actualiser en valeur caractéristique sur éprouvette cylindrique

� fc90

au lieu de fc28

� Mesures insitu

� LES OUVRAGES ANTERIEURS à 1960

� Mesures insitu

Exemple : NF EN 13791 « Evaluation de la résistance à la compression sur site des structures et des éléments préfabriqués en béton »

� Chapitre 7 : Evaluation de la résistance à la compression sur site par l'essai sur carottes

� Chapitre 8 : Evaluation (…) par des méthodes indirectes

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Caractéristiques mécaniques des matériaux avec désordres

� Grande prudence

� Effet de la corrosion des armatures passives

� Réduction de section résistante,

� Réduction du palier plastique,

� Réduction de l'adhérence,

� Réduction de la résistance à la fatigue

Vérification à l'ELU en retenant la section résiduelle non corrodée et sans plastification autorisée

� Corrosion des armatures activesVérifier la susceptibilité à la corrosion fissurante sous tension.

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Prise en compte de l'existant

� COMMENT PRENDRE EN COMPTE LA CONNAISSANCE DE L'EXISTANT ET NOTAMMENT LES DESORDRES ET LE RESULTAT DES AUSCULTATIONS ?

� Prise en compte dans la modélisation des informations obtenues sur l'ouvrage réalisé

� Prise en compte dans les calculs structuraux des désordres pouvant avoir une influence sur le fonctionnement de la structure ou sa résistance

� Distinguer les désordres matériaux des désordres structurels (sous dimensionnement ou sousestimation d'actions (tassements, effets thermiques, fluage...)

� Si désordres structurels : recaler le modèle de calcul pour être cohérent avec les résultats des investigations et expliquer les pathologies

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Comment trouver des réserves de capacité portante

� Taux de travail pour les matériaux plus importants

� Contraintes limites anciens règlements plus faibles qu'aujourd'hui

� Modélisation plus fine

� Modèle à grille de poutres

� Modèle éléments finis

� Méthode de justification plus évoluée

� Calcul du déversement avec méthode de 1er ordre de l'eurocode plus défavorable (25%) > calcul au second ordre

� Redistribution après plastification

� Participation d'éléments généralement négligés

� Diffusion dans l'épaisseur de l'enrobé

� Prise en compte de longrine de barrière de sécurité dans la rigidité de la structure

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Les transports exceptionnels

� RAPPEL DES TEXTES

� Arrêté du 4 mai 2006 (modifié par l'arrêté du 4 septembre 2007) qui définit les catégories des convois exceptionnels et donne les limites dues à la résistance des chaussées et/ou à la performance des ouvrages d'art

� Annexe nationale de l'Eurocode 12, guide annexé « Guide pour la prise en compte des véhicules spéciaux sur les ponts routiers » qui propose des règles de calculs en fonction des conditions de circulation retenues pour les ouvrages neufs

� Document « Transports exceptionnels – définition des convoistypes et règles pour la vérification des ouvrages » joint à la lettre circulaire R/EG3 du 20 juillet 1983, qui définit des convois types et donne des indications pour l'évaluation structurelle des ouvrages existants (en cours de refonte)

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� PRINCIPES DE CALCUL

Comparer les sollicitations à celles des charges d'exploitation du dimensionnement

� Utilisation implicite du règlement de calcul de l'époque > pour les règlements « non modernes » (antérieurs à 1965), vérifier la résistance à l'ELU et l'absence de fragilité

� Configurations possibles :

� Convoi sur voie lente à vitesse normale et mêlé au trafic,

� Convoi seul au pas sur une position transversale prédéfinie par les calculs,

� Toute autre configuration intermédiaire

� Calculs menés selon « Guide pour la prise en compte des véhicules spéciaux sur les ponts routiers » (annexé à l'annexe nationale de l'Eurocode 12)

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� PARTICULARITES DES CONVOIS EXCEPTIONNELS

� Incertitude sur la valeur de la charge

� Coefficient de 1,1

� Dans certains cas, véhicule particulier unique dont le poids est déjà connu avec une très grande précision, réduction du coefficient envisageable (valeur plancher 1,05)

� L'ouvrage va être réellement sollicité par le convoi : justification à l'ELS avec un niveau équivalent à celui requis pour un ouvrage neuf

� Charges de calcul réellement atteintes,

� Le passage du convoi ne doit pas créer d'endommagement

� Le nombre de passages est en général limité

� Pas de vérification à la fatigue

� Critère ELS de fissuration des OA moins sévère (limitation à 0,8 fyk

par exemple)

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Documents anciens

Documents téléchargeables gratuitement sur le site Piles du Sétra.

http://www.piles.setra.equipement.gouv.fr/

� Dossier thématique « Ingénierie ouvrages existants »

� La plupart des règlements de calcul et de charge publiés en France depuis 1852,

� La plupart des agréments et autorisations de distribution des armatures et procédés de précontrainte,

� La plupart des agréments et homologations des armatures de béton armé,

� Des documents de synthèse sur ces différents textes

� Dossier thématique « Transports exceptionnels »

� La plupart des textes sur les convois exceptionnels

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