A-05-La poutre ITE

La Technique Française du Béton / The French Technology of Concrete

La poutre ITE®, une alternative économique et durable aux poutrelles enrobées / ITE® beams, a cost-effective enduring alternative to filler-beam decks – Ziad Hajar, Marco Novarin, Alain Simon, Thierry Thibaux, Sandrine Chanut, René Salé

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LA POUTRE ITE®, UNE ALTERNATIVE ÉCONOMIQUE ET

DURABLE AUX POUTRELLES ENROBÉES

ITE® BEAMS, A COST-EFFECTIVE ENDURING ALTERNATIVE TO

FILLER-BEAM DECKS

Ziad HAJAR , Marco NOVARIN, Alain SIMON, Thierry TH IBAUX

EIFFAGE TP Direction Technique

Sandrine CHANUT, René SALÉ

EIFFAGE TP Recherche et Développement

1- LE DOMAINE D’EMPLOI DES PONTS EN POUTRELLES ENROBÉES

1.1. Influence des contraintes de site

D’une manière générale, pour concevoir un franchissement, l’ingénieur dispose de toute une panoplie de solutions techniques associant différents matériaux (béton, acier, mixte,…) et différentes formes (poutres, dalles-caissons, etc…). Lorsque les contraintes deviennent fortes, le choix des solutions se resserre jusqu’à n’offrir qu’un choix très réduit. Aussi, en site urbain, et lors du franchissement de voies routières ou ferrées en service, seule la solution en poutrelles enrobées s’avère convenir car réduisant au minimum l’épaisseur nécessaire du tablier (nous écarterons ici les ponts à poutres latérales peu adaptées aux zones urbaines). Rappelons qu’un pont à poutrelles enrobées est un ouvrage dont le tablier est composé de poutrelles métalliques enrobées dans une dalle en béton armé. Les poutrelles, dont l’espacement est en général compris entre 0,80 m et 1,20 m, sont reliées en sous-face par des dallettes servant de coffrage perdu. Après ferraillage de la dalle entre les poutrelles, celle-ci est bétonnée en 2 phases pour réduire les flèches dues au poids du béton frais. Cette solution, en général plus onéreuse qu’une structure à poutres, est souvent la seule à offrir un gabarit réduit au strict minimum.

1- APPLICATIONS OF FILLER-

BEAM DECKS

1.1- Effect of site constraints

Generally speaking, engineers designing bridges have a wide range of technical solutions to chose from, combining different materials (concrete, steel, composite construction, etc.) and different shapes (beams, hollow slabs, etc.). When dealing with severe constraints, however, the range of solutions reduces to just a handful of techniques. Consequently, in urban settings and where bridges cross ‘live’ roads or rail tracks, only filler-beam decks have been considered suitable since they reduce the required depth of the deck to the bare minimum (through bridges are not considered here, for they are not a particularly suitable choice in built-up areas). A filler-beam deck is of course one made up of steel beams encased in a continuous reinforced-concrete slab. The beams, which are generally between 0.80 m and 1.20 m apart, are connected at their bottom flanges by plates serving as permanent formwork. After placement of reinforcement between the beams, the slab is concreted in two phases to reduce deflection due to the weight of a large mass of wet concrete. This solution, which is generally more costly than a beam structure, is often the only means of obtaining a deck of sufficiently reduced depth.


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Figure 1 : tablier à poutrelles enrobées – Principe Filler-beam deck – Principle

1.2. Des données économiques modifiées

La hausse continue du prix de l’acier est venue, ces dernières années, modifier l’économie des solutions mais surtout les délais plus longs d’approvisionnement ont contraint les entreprises à rechercher des solutions alternatives offrant les mêmes qualités et la même pérennité. Enfin le souci de réduire au minimum les nuisances pour les usagers et les riverains lors de travaux d’infrastructure se fait de plus en plus fortement sentir lors du choix de tel ou telle méthode de construction. De ce constat est né le concept de poutre ITE® (poutre en I à Talon Elargi).

2- LA POUTRE ITE®

2.1- Principe

Il s’agit d’une poutre préfabriquée en T inversé réalisée en BFUP et précontrainte par fils adhérents. Sa conception s’inscrit dans une démarche de recherche long terme démarrée en 1997 dans le cadre de la "Charte Innovation Ouvrages d’Art". A cette époque, 2 concepts de tabliers de pont en BFUP avaient été proposés par le Groupe EIFFAGE :

• un système de mini-caissons pour passages supérieurs autoroutiers, concrétisé par les ouvrages innovants de Bourg-lès-Valence (2001),

• un système de tabliers à dalle élégie pour suppression de passages à niveau dont les poutres ITE® s’inspirent en partie.

Dans le cas du Pont Pinel, le matériau utilisé est le BSI®, matériau développé par le Groupe EIFFAGE en partenariat avec la Société SIKA. La forme en T inversé permet aux talons des 2 poutres d’être jointifs et de reconstituer une sous-face plane (figure 2). A la différence des poutrelles enrobées acier ou de poutres préfabriquées en béton intégrant des sous-faces jointives, l’espace entre les poutres est laissé vide ce qui augmente fortement le rendement géométrique.

1.2- Changing economic considerations

The continued rise in steel prices in recent years has changed the economics of the different options, but, above all, longer supply lead times have forced bridge designers to seek out alternative solutions guaranteeing the same quality and durability. Moreover, concern to reduce disturbance to users and local residents during the construction of infrastructure projects is having an ever-greater effect on the choice of construction methods. This has led to the development of the ITE® beam.

2- ITE® BEAM

2.1- Principle

The ITE® beam is a precast pretensioned inverted T beam made with UHPFRC. It is the fruit of a long-term research and development program undertaken in 1997 under the “Bridge Innovation Charter” (Charte Innovation Ouvrages d’Art). At that time, the Eiffage Group proposed two UHPFRC bridge deck concepts:

• a system of mini box-girders for motorway overpasses; the concept was implemented for the innovative Bourg-lès-Valence bridges (2001),

• a system of voided-slab decks designed to eliminate level crossings; ITE® beams are partially derived from this.

The material used for the Pinel bridge is BSI®, an UHPFRC concrete developed by the Eiffage Group in conjunction with SIKA. The inverted T shape means the flanges of adjacent beams can touch and therefore form a neat, level surface (figure 2). Unlike steel filler-beam decks or conventional precast concrete beams with adjoining soffits, the space between the beams is left empty, which considerably enhances geometrical efficiency.



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Un hourdis supérieur en béton armé classique est alors coulé sur des prédalles posées sur le dessus des poutres comme pour un tablier PRAD (Pont à poutrelles préfabriquées précontraintes par adhérence).

Once the UHPFRC beams have been placed, a compression slab of conventional reinforced concrete is poured onto precast concrete permanent formwork placed on top of the beams, in the same way as for a pretensioned, precast concrete beam deck (PRAD - PRécontraintes par ADhérence).

2.2- Description de la poutre

La poutre standard utilisée pour le Pont Pinel a une hauteur hors-tout de 62 cm et un talon de 80 cm de largeur ; l’épaisseur de l’âme varie de 7 cm en section courante (figure 3), à 12 cm aux abouts. Elle est fortement précontrainte par 28 torons T15 S tous situés dans le talon mais en réalité peu excentrés par rapport au centre de gravité de la section. Son poids est de 12 T. Hormis les aciers de connexion avec la dalle supérieure réalisée en béton armé classique, la poutre ne comporte aucun acier passif. Dans le cas du Pont Pinel qui possède un biais important (64 grades), les 2 poutres de rive ont les mêmes caractéristiques mais les âmes sont épaissies de 7 à 10 cm en section courante et de 12 à 15 cm aux abouts.

2.2- Description of beam

The standard beam used for Pinel Bridge has an overall depth of 62 cm and an 80-cm-wide bottom flange; web thickness varies from 7 cm for the most part (figure 3) to 12 cm at the ends. It is heavily pretensioned by twenty-eight T15 S strands, all in the enlarged bottom flange but in fact not far from the centroid of the section. It weighs 12 tonnes. Apart from steel elements for connection to the conventional reinforced-concrete top slab, the beam has no passive reinforcement. In the case of Pinel Bridge, which at 64 gons is highly skewed, the two edge beams are built to the same design with the exception of their webs which are 10 cm thick for the most part and 15 cm thick at the ends (instead of 7 cm and 12 cm respectively)

Figure 3 : Pont Pinel - Coupe transversale d’une poutre (section standard)

Pinel Bridge – Cross-section of beam (standard cross-section)

Figure 2 : Coupe transversale du pont Pinel avec poutres ITE® Cross-section of Pinel Bridge using ITE® beams


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2.3- Le BSI®, béton fibré à ultra hautes performances du Groupe Eiffage

Le BFUP utilisé pour la fabrication des poutres ITE® est le BSI® développé par le Groupe EIFFAGE. Ce béton fibré de résistance caractéristique à 28 jours supérieure à 165 Mpa en compression peut être formulé de différentes manières suivant son utilisation. Pour les poutres ITE® la formule est identique à celle utilisée pour la construction de l’auvent du péage de Millau à savoir :

• 2 360 kg de Prémix sec • 45 kg de superplastifiant • 195 l d’eau • 200 kg de fibres métalliques (longueur 20 mm,

diamètre 0,3 mm) Le Prémix qui comprend le ciment, les granulats et les ultra-fines est préparé et conditionné en usine (SIKA France) sous contrôle qualité puis livré à l’unité de préfabrication.

3- LA COMPARAISON AVEC LES POUTRELLES ENROBEES CLASSIQUES

Le guide SETRA-SNCF des Ponts-routes à tabliers en poutrelles enrobées publié en 1995, donne les limites d’élancement des poutrelles seules ainsi que l’élancement total (poutre + hourdis) pour une travée isostatique. Si l’on compare ces ratios avec ceux des poutres ITE® et PRAD on obtient (tableau 1) :

2.3- BSI®, the Eiffage Group’s ultra high-

performance fibre-reinforced concrete

The UHPFRC used to make ITE® beams is the BSI® concrete developed by the Eiffage Group. This fiber-reinforced concrete with 28-day compressive strength in excess of 165 MPa can be designed differently to suit precise applications. The design mix of the ITE® beams for this project is identical to that used for the canopy over the Millau Viaduct toll gates:

• 2,360 kg of dry premix • 45 kg of superplasticizer • 195 ℓ of water • 200 kg of steel fibers (20 mm long, 0.3 mm in

diameter) The premix—comprising cement, aggregate, and ultrafines—is prepared and packed in a plant (SIKA France) under quality control and delivered to the precasting yard.

3- COMPARISON WITH CONVENTIONAL FILLER-BEAM DECKS

The SETRA-SNCF 1995 guide to the construction of filler-beam decks for road bridges specifies limit slenderness ratios for beams alone and the total slenderness ratio (beam and infilling/slab) for isostatic spans.

Type

Portée Span length

Travées

Span type

Elancement poutre seule

Slenderness of beam alone

Elancement

poutre + hourdis Slenderness of beam+infilling

topping

Poids propre

au m² Selfweight

per m²

Poutrelles enrobées acier/ Steel filler beams

8 à 25 m Isostatiques isostatic 1/40 1/34 1,85 T/m²

Poutres ITE® / ITE® beams 10 à 30 m Isostatiques isostatic 1/45 1/34 1,10 T/m²

PRAD / Pretensioned beams 10 à 30 m Isostatiques isostatic ~ 1/24 1/20

Tableau 1 : Comparatif de performances entre 3 types de poutres Table 1: Comparative performance of 3 types of beams

Le tableau montre les performances des poutres ITE® en termes d’élancement sont identiques aux poutrelles métalliques enrobées mais leur mise en œuvre comporte des avantages supplémentaires comme nous allons le voir plus loin. Dans certains cas l’allègement important du tablier (1,10 T/m² au lieu de 1,85 T/m² pour une travée de 25 m, soit une réduction de poids de 40%) peut se traduire par des économies pour les fondations. Les poutres ITE® sont posées en une seule coupure de circulation (la nuit) minimisant la gène pour l’usager.

The results of comparison of these ratios with those for ITE® beams and PRAD decks are given in Table 1 which shows that in terms of slenderness, the performance of decks made of ITE® beams is identical to that of steel filler-beam decks, but that ITE® beam deck construction has a number of complementary advantages, as is discussed below. In some cases the substantially lighter deck (1.10 tonnes/m² instead of 1.85 tonnes/m² for a 25-m span, representing a weight reduction of 40%) can also produce savings on the foundations.



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Ces poutres étant jointives, la pose des prédalles, le ferraillage et le bétonnage du hourdis supérieur se déroulent de jour et en totale sécurité. Le seul ferraillage à mettre en œuvre se résumant à celui du hourdis, aucune barre n’est à enfiler dans les trous à prévoir dans les âmes des profilés. Ces manipulations de barre posent en général des problèmes de sécurité et doivent être réalisées sous consignation caténaires. En outre, à la différence des poutrelles enrobées qui nécessitent du fait de leur souplesse 2 à 3 phases de bétonnage avec un nettoyage délicat des surfaces de reprise, le hourdis supérieur des ponts à poutre ITE® représente un volume de béton très inférieur et est bétonné en une seule fois d’où un gain notable de délai.

4- LE PONT PINEL, PREMIÈRE APPLICATION DES POUTRES ITE®

4.1- Présentation

A l’ouest de Rouen, le franchissement de la Seine par le tout nouveau Pont levant Gustave Flaubert, relie désormais l’autoroute A150, située au Nord, et la rocade Sud de l’agglomération. Cette opération a nécessité le réaménagement de plusieurs voies routières et en particulier l’élargissement du Pont Pinel, ouvrage modeste en poutrelles enrobées franchissant 3 voies ferrées. L’étude de ce projet a mis en évidence qu’il existait une alternative aux solutions classiques de tabliers à poutrelles enrobées, à savoir des poutres en BFUP (Béton Fibré à Ultra Hautes Performances) dotées de performances au moins équivalentes et offrant des avantages déterminants lors de la phase de construction.

Photo 1 : plans de situation du Pont Pinel

ITE® beams can be placed during a single road or track closure (at night), thereby minimizing disturbance to users. Since the beams are in contact at the bottom, all subsequent work (placement of permanent formwork, placement of top-slab reinforcement, and concreting) can be carried out in daytime and in perfect safety. The only reinforcement to be placed is that of the top slab; there is no need for rebars to be threaded into holes in the webs of the beams, for instance. Such rebar placement generally implies safety problems and, in the case of bridges over electric railway lines, must be carried out with the power to overhead lines cut. In addition, unlike filler-beam decks which, because of their flexibility, require 2 or 3 phases of concrete placement and the additional complication of careful cleaning of lift joints, the top slab of ITE® beam decks not only represents a much smaller volume of concrete but can also be concreted in a single operation, which makes for substantial time savings.

4- PINEL BRIDGE, FIRST APPLICATION OF ITE® BEAMS

4.1- Presentation

West of Rouen, the new Gustave Flaubert vertical lift bridge crosses the Seine river, connecting the A150 motorway in the north to the city’s southern ring road. This operation called for redevelopment of a number of roads, particularly the widening of Pinel Bridge, a modest filler-beam structure spanning three railway lines. Studies for this project revealed that there was a cost-effective alternative to the conventional filler-beam-deck solution, namely UHPFRC beams with at least equivalent performance which, in addition, had decisive advantages for the construction phase.

Photo 2: Location of Pinel Bridge

The existing bridge consists of two adjoining parallel filler-beam decks, each with two spans of 12.20 m and 14.80 m, and resting on abutments and piers with shallow foundations (photo 3).

Pont Flaubert

A 150

Pont Pinel Voie rapide Sud III


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L’ouvrage existant est constitué de 2 tabliers accolés en poutrelles enrobées comportant chacun 2 travées de 12,20 m et 14,80 m reposant sur murs-culées et fondations superficielles (photo 3). L’ouvrage projeté, accolé aux 2 précédents, franchit les voies ferrées sans pile intermédiaire pour en simplifier la construction, d’où une portée de 27,40 m. Dans le dossier de consultation, le tablier comportait 17 poutrelles HEB 700 de 27,40 m de portée disposées selon un biais de 64 grades. Le dévers transversal de 2,5% du tablier de 14 m de large est repris en disposant les poutrelles verticales avec un léger décrochage de l’une par rapport à l’autre (figure 4). La solution en BFUP présentée par EIFFAGE respecte en tous points la géométrie de l’ouvrage. Les poutres ITE® ont été légèrement décalées l’une par rapport à l’autre et complétées par un hourdis supérieur en béton classique C35/45 dont l’épaisseur varie de 21 à 32 cm pour respecter le profil en long parabolique (figure 5).

The new bridge, placed immediately alongside the existing two, crosses the tracks without any intermediate pier in order to simplify construction, and thus has a span of 27.40 m. The tender design presented to bidders called for the deck to comprise seventeen 27.40-m-long HEB 700 beams skewed at 64 gons. The 2.5% superelevation of the 14-m-wide deck is achieved by placing the beams vertically but with slight vertical offset from each other (figure 4). The UHPFRC solution proposed by Eiffage complies in all respects with the geometry of the initial design. The ITE® beams are offset slightly from each other and complemented by a top slab of conventional C35/45 concrete varying in thickness from 21 to 32 cm to provide the parabolic longitudinal profile (figure 5).

Photo 3 : Pont Pinel - Vue générale de l’ouvrage existant Pinel Bridge – The existing bridge

Figure 4 : Pont Pinel - Coupe transversale de la solution mise à l’appel d’offres Pinel Bridge – Cross-section as depicted in tender documents



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Figure 5 : Pont Pinel – Coupe transversale de la variante avec poutres ITE® Pinel Bridge – Cross-section of variant with ITE® beams

La construction de ce 3e tablier entraînant des travaux à proximité immédiate des voies et contre les appuis de l’ouvrage existant, le projet prévoyait de réaliser des culées sur rideau mixte en palplanches de type HZ. La plus grande légèreté du tablier en BFUP a permis d’optimiser cette partie d’ouvrage. Les poutres sont reliées au droit des appuis par 2 entretoises d’about qui sont coulées en même temps que le hourdis, le tout en béton classique C35/45. De ce fait, les extrémités des poutres préfabriquées présentent un biais égal à l’ouvrage, soit 64 grades.

4.2- Les travaux

4.2.1- Préfabrication des poutres

La préfabrication des poutres a été réalisée dans l’usine de la société néerlandaise HÜRKS BETON, partenaire de longue date du groupe EIFFAGE. L’usine d’Eindhoven, qui dispose d’installations ultra-modernes et de puissants bancs à fils adhérents est spécialisée dans la fabrication de composants à haute valeur ajoutée pour le bâtiment et le génie civil ; l’essentiel de sa production est constitué de bétons à hautes performances autoplaçants (B.A.P.). La forme particulière de la section ITE® avec son talon très large nécessite une procédure de fabrication très précise. Pour garantir le bon remplissage de la partie inférieure qui comprend 28 torons, le bétonnage est réalisé en 2 phases :

• le talon seul avec la partie basse du coffrage en place

• l’âme et le gousset supérieur après pose des panneaux d’âme et insertion des aciers de liaison avec le hourdis supérieur.

L’ensemble de l’opération se déroule en moins d’une heure, durée inférieure à la D.P.U., (durée pratique d’utilisation) du BSI®.

Since construction of this third bridge involved works immediately adjacent to the tracks and against the abutments of one of the existing bridges, the design called for its abutments to be built using a composite HZ sheet-pile solution. The reduced weight of the UHPFRC deck helped optimize this part of the bridge. At the abutments the beams are held together by two end crossbeams cast during placement of the top slab, also using conventional C35/45 concrete. As a result, the ends of the precast beams are for all intents and purposes skewed to the same degree as the bridge proper, i.e. at 64 gons.

4.2- Construction

4.2.1- Precasting of beams

The beams were cast in the workshops of Dutch firm Hürks Beton, a long-standing partner of the Eiffage Group. The Eindhoven plant, which has ultramodern equipment and powerful pretensioned-concrete casting beds, is specialized in the manufacture of components with high value-added for the construction and public-works sectors; most of its products are made of high-performance self-consolidating concrete (SCC). The special shape of the ITE® section, with its very wide bottom flange, calls for a very precise manufacturing procedure. To guarantee correct filling of the bottom part of the mold, which contains the 28 pretensioning strands, concreting is done in two phases:

• the bottom flange alone, with just the bottom part of the mold in place,

• the web and top haunching, after installation of the web mold panels and insertion of reinforcement ties for connection of the top slab.

The entire operation takes less than one hour, which is less than the practical working life of the BSI® mix.

C35/40 top slab

Viroc, 3.6cm thick

BSI beams


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Le BSI® étant autoplaçant, aucune vibration n’est nécessaire. Cependant, cette vertu ne dispense pas d’étudier et choisir la meilleure méthode de mise en place pour que les écoulements du béton fibré à travers les obstacles éventuels ne provoquent ni défauts locaux ni orientation préférentielle néfaste des fibres. La prise du béton fait l’objet d’un suivi maturométrique systématique. Le décoffrage et la coupure des torons interviennent environ 24 heures après la fin du bétonnage lorsque le béton a atteint une valeur de résistance à la compression supérieure à 110 MPa sur cube (environ 100 MPa sur cylindre), sans étuvage. La mesure à 28 jours dépasse les 165 MPa. Sous l’effet de la précontrainte, le taux de compression du BSI® atteint alors localement 52 MPa.

4.2.2- Epreuve de convenance

L’application des Recommandations Provisoires AFGC-SETRA (Janvier 2002) relatives aux BFUP engendre un certain nombre d’essais préliminaires visant à vérifier que les matériaux et matériels employés sont conformes aux hypothèses de l’étude. Pour cela, on réalise un élément témoin représentatif de l’ouvrage réel qui permet de valider les moyens et méthodes de bétonnage et de mesurer ainsi le coefficient K relatif à la dispersion sur l’orientation des fibres. En effet, tout flux de béton fibré, même autoplaçant, subit des effets d’orientation dans la benne, les conduits, la descente dans le coffrage. Contrairement aux idées reçues cette orientation préférentielle n’est pas recherchée car si elle est bénéfique dans un sens, elle engendrera un déficit de résistance dans l’autre direction. Un tronçon de poutre ITE® de 5 ml de longueur a donc été coulé pour vérifier ces paramètres et prélever les prismes destinés au calcul du coefficient K à l’aide de tests de résistance à la flexion.

Since the BSI® mix is self-compacting, no vibration is required. However, this advantageous characteristic does not dispense with the requirement to investigate the best method of concrete placement to ensure that the flow of fiber-reinforced concrete between any obstacles does not cause localized defects or potentially harmful preferential orientation of the fibers. Maturity measurements were taken systematically as the concrete set. The molds were struck and the pretensioning strands cut 24 hours after the end of concrete placement, once the concrete had attained a compressive strength of more than 110 MPa on cube specimens (approximately 100 MPa on cylinders), without autoclaving. The 28-day strength was in excess of 165 MPa. Due to prestress, the compressive stress in the BSI® reaches 52 MPa in places.

4.2.2- Suitability tests

Application of the AFGC-SETRA Interim Recommendations (January 2002) on UHPFRC called for a number of preliminary tests to check that the materials and equipment used comply with the assumptions of the concrete studies. For this purpose, a representative model of the actual structure was built to validate the methods and means of concreting and to measure the K factor pertaining to dispersal of fiber orientation. This is necessary because any fiber-reinforced concrete, even a self-consolidating one, will suffer from fiber orientation, in the mixer, in the pipes, and as it moves through the mold. Contrary to some thinking, such preferential orientation is not desirable, for while it might be beneficial in one direction, it will be the cause of diminished strength in another. A 5-metre-long section of ITE® beam was thus built to check these parameters, and prisms were sampled for determining the K factor by means of bending-strength tests.

Figure 6. Elément –témoin Zones de prélèvement d’échantillons carottés.

Representative model – Core-sampling areas. Trois corps d’épreuve ont dû être réalisés pour caler les méthodes et obtenir des résultats conformes aux attentes.

Three such test specimens had to be manufactured to calibrate the methods and obtain results consistent with expectations.



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Photo 4 : Pose des poutres Placement of beams

Les poutres ont été acheminées par train d’Eindhoven à Rouen, puis posées à la grue mobile de 300 tonnes le 9 juin 2007. On notera à ce propos que dans le cas des poutrelles enrobées de grande longueur (25 à 30 m), la sensibilité au déversement impose en principe de poser les profilés par paires. Cette précaution est inutile pour la poutre ITE®, vu sa forme très rigide en T inversé. Le poids d’une poutre ITE (12 tonnes) est donc à rapprocher d’une paire de poutrelles HEB 700 (13,4 tonnes). Après pose des poutres, dont les talons sont jointifs, aucune autre interruption de trafic n’est nécessaire, ce qui réduit la gêne pour l’usager au minimum (photo 5).

5- LES ÉTUDES D’EXÉCUTION

Les études d’exécution ont été réalisées pour la partie BFUP par le STOA, bureau d’études interne d’EIFFAGE TP avec un contrôle de la Division Grands Ouvrages du SETRA et pour la partie conventionnelle par le B.E.T. D’EIFFAGE TP Normandie avec un contrôle de la DEIOA du CETE Normandie-Centre. Les justifications de la structure ont été menées suivant les Recommandations Provisoires relatives à la conception et à la réalisation des structures en béton fibré à Ultra Haute Performances, éditées par le SETRA et l’AFGC en janvier 2002. La structure du tablier, de conception classique en apparence (type PRAD), présente les particularités suivantes :

1) l’absence d’aciers passifs dans les poutres préfabriquées en BSI

2) la prise en compte du caractère hybride de la section résistante du tablier (BFUP pour les ponts et béton ordinaire pour le hourdis) et plus particulièrement le comportement du BSI® à court et à long terme (retrait, fluage).

The beams were transported from Eindhoven to Rouen by rail, then placed by means of a 300 tonne crane on June 9, 2007. In the case of long filler-beam decks (25 to 30 m), the sensitivity of the beams to buckling means that in principle they should placed in pairs. There is no need for this measure in the case of ITE® beams given that their inverted T section makes them very rigid. The weight of a single ITE® beam (12 tonnes) is close to that of two HEB 700 steel beams (13.4 tonnes).

Photo 5: Bridge soffit Sous-face du tablier

Once the beams have been placed, with their bottom flanges touching (photo 5), no further traffic closures are required, so there is minimum disturbance to users.

5- DETAILED DESIGN

The design studies relating to the UHPFRC part of the bridge were carried out by STOA, Eiffage TP’s in house design office, and were checked by the Major Structures Division (Division Grands Ouvrages) of SETRA. The design studies for conventional-concrete parts were carried out by the local design office of Eiffage TP Normandie and checked by the Environment, Infrastructure, and Bridges division (DEIOA) of the local engineering studies center of the French Ministry of Works (CETE Normandie-Centre). Structural analyses were carried out in accordance with the Interim Recommendations for design and construction using Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete published by SETRA and AFGC in January 2002. Although wholly conventional in appearance (pretensioned PRAD type), the structure of the deck features the following points: no passive reinforcement in the precast BSI® concrete beams,


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3) le biais relativement prononcé pour ce type de structures à poutres (biais de 64 grades) et dont l’influence se traduit par un accroissement des efforts de torsion notamment dans les poutres de rive.

Aussi les calculs d’exécution ont été menés à l’aide d’une modélisation en grillage de poutres en utilisant le logiciel ST1 du SETRA. Le modèle de calcul adopté permettait de simuler finement tant l’aspect particulier du matériau que les effets de répartition transversale et de torsion liés au biais mécanique. Les justifications sous sollicitations normales sont analogues aux spécifications de la Classe II du BPEL. Pour les justifications aux ELU, le calcul du moment résistant ultime des poutres est mené en négligeant la contribution des fibres. Vis-à-vis des sollicitations tangentes, la résistance au cisaillement est apportée principalement par les fibres, en l’absence d’armatures transversales conventionnelles. Les poutres de rives plus sollicitées (torsion, tranchant,…) que celles courantes, présentent une âme élargie de 3 cm. A l’issue de ce projet il a été procédé à une adaptation du logiciel PRAD-EL du SETRA aux poutres préfabriquées en BFUP, ce qui devrait simplifier les études ultérieures.

6- CONCLUSION

La construction d’un premier ouvrage en poutres ITE® dans le cadre du contournement Ouest de Rouen a permis de valider le fait qu’il existe aujourd’hui une alternative économique aux ponts à poutrelles métalliques enrobées dans la gamme de portée 20 à 30 m. Pendant la construction, les travaux sur site sont simplifiés et la sécurité renforcée. En phase d’exploitation l’excellent comportement du BFUP aux agressions extérieures est un gage de pérennité de l’ouvrage et évite les interventions problématiques au-dessus des caténaires pour la peinture des sous-faces de profilés. Ainsi, dix ans après leur première utilisation en France, les BFUP, fruits des efforts constants de recherche-développement des entreprises et laboratoires, avec l’appui des Services Techniques de l’Etat (DDE, SETRA) peuvent offrir de nouvelles solutions alliant légèreté, durabilité et gêne minimale pour l’usager.

7- RÉFÉRENCES

7.1- Principales quantités

Tablier • Surface : 380 m² • BFUP (BSI/CERACEM) : 78 m3 • Béton C35/45 : 120 m3

the resisting section of the deck is hybrid (UHPFRC for the beams and ordinary concrete for the top slab) and the BSI® concrete exhibits specific long-term and short-term performance (shrinkage, creep, etc.), the bridge has relatively high skew for its type (64 gons), the effect of which is increased torsion effects in the beams, especially in the edge beams. Design calculations were carried out using a grillage model with SETRA’s ST1 program. The calculation model adopted allowed fine simulation of both the specific aspect of the material and the effects of transverse load distribution and torsion resulting from the mechanical skew. Verifications for normal loading are in line with the specifications for Class II under the French BPEL design code (Béton Précontraint aux États Limites – Limit state prestressed concrete). For verifications for ULS, calculation of the ultimate resisting moment of the beams overlooks the contribution of the fibers. With respect to tangential forces, in the absence of conventional transverse reinforcement, shear strength is provided chiefly by the fibers. The edge beams, which are subject to higher forces (torsion, shear, etc.) than the standard beams, have a thicker web (3 cm thicker). Upon completion of this project, the SETRA’s PRAD-EL program was modified to take account of precast UHPFRC beams and thereby simplify future design work.

6- CONCLUSION

Construction of the first bridge to use ITE® beams, on the western Rouen bypass, confirms that there is a viable, cost-effective alternative to filler-beam decks for bridges with spans of 20 to 30 m. The technique simplifies site work during construction and improves safety. In service, the excellent performance of UHPFRC with respect to external aggression guarantees the durability of the structure and thus avoids problematical maintenance above overhead lines for rail traffic, for instance, such as painting of the underside of steel beams. Consequently, ten years after its first use in France, UHPFRC, the result of an ongoing research and development drive by contractors and laboratories, with the support of government services (SETRA, Ministry of Public Works), has been proven to provide new solutions combining lightness, durability, and minimum disturbance for users.

7- REFERENCES

7.1- Main quantities

Deck • Area: 380 m² • UHPFRC (BSI/Ceracem): 78 m3 • C35/45 concrete: 120 m3



11

Appuis • Béton : 70 m3 • Palplanches : 85 t

7.2- Principaux intervenants

• Maître d’Ouvrage : Etat • Maître d’œuvre : SIR Rouen (Ex DDE 76) • Etudes

� Etudes d’exécution :

Tablier : Eiffage TP STOA Appuis : Eiffage TP – Agence Normandie

� Contrôle des études :

Tablier : SETRA/CTOA/DGO Appuis : CETE Normandie – Centre DEIOA

� Travaux :

Eiffage TP Agence Haute Normandie Préfabrication des poutres : Hürks Béton

� Contrôle des travaux :

SIR DE ROUEN LRPC de ROUEN

Substructure • Concrete: 70 m3 • Sheet piles: 85 tonnes

7.2- Main parties involved

• Owner : French Government • Engineer : SIR Rouen (formerly the Seine

Maritime Department of Public Works) • Design

� Detailed design:

Deck: Eiffage TP STOA Substructure: Eiffage TP – Agence Normandie

� Design checks:

Deck: SETRA/CTOA/DGO Substructure: CETE Normandie – Centre DEIOA

� Construction Eiffage TP Agence Haute Normandie Casting of beams: Hürks Beton

� Inspection of construction work: SIR Rouen LRPC Rouen

A-05-La poutre ITE

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