Analyse des résultats : modèle pont routier

Après avoir validé la certitude de notre modélisation, il est temps de s'interroger sur la sécurité et de vérifier la capacité de chaque composant avant d’atteindre la rupture. Par conséquent, nous examinerons l'état de contrainte au niveau du platelage, de la poutre et des boulons après chaque cas de charge. Tout d'abord, nous commençons par les résultats pendant l'été, puis nous passons à ceux de l'hiver. Enfin, un contrôle du maintien de l'action composite dans chaque cas d'étude sera étudié, pour comparer ensuite avec un boulon ordinaire.

3.2.1. État de contrainte

a) Modèle boulon Ajax ONESIDE : en été

Les figures 4-6, 4-7 et 4-8, montrent l'évolution de la contrainte de Von Mises dans chaque composant du pont, en commençant par le serrage jusqu’à l’ajout du dernier chargement qui est le freinage. Pour le platelage, on constate une concentration de contraintes autour des trous. Cette contrainte continue d'augmenter au fur et à mesure que l'on ajoute les charges et elle atteint une valeur de 172 MPa, ce qui est très au-dessus de la limite élastique de l'aluminium utilisé pour notre modèle qui était de 170 MPa. Dans ce sens, on peut prévoir une petite plastification au niveau des trous, mais qui ne génère aucun risque de rupture puisque on est encore loin de cette limite. De plus, la plastification du matériau n'est pas toujours un effet défavorable au cours du cycle de vie d’une pièce, car le dépassement de la limite élastique en appliquant une charge F crée par la suite une nouvelle limite élastique puisque la déformation devient irréversible. Ce qui nécessite l'application d'une charge supérieure à la première pour produire une nouvelle plastification, souvent appelée durcissement structurel. Ce procédé est largement appliqué dans le processus de mise en forme par déformation plastique appelé emboutissage. Pour la poutre en acier, la valeur de

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contrainte maximale atteinte est de l'ordre de 348 MPa, qui reste toujours inférieure à sa limite d'élasticité. Enfin, pour le boulon Ajax, l'effet thermique a fortement augmenté la contrainte au sein de sa tige sans provoquer de plastification, mais avec l'ajout des autres charges, on voit que la contrainte n'a cessé d’augmenter, cette hausse s'expliquant par l'ajout de la contrainte de cisaillement au niveau de l'interface de contact.

a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-6 : État de contrainte du platelage en été

a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-7 : État de contrainte de la poutre en été

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-8 : État de contrainte du boulon Ajax ONESIDE en été

b) Modèle boulon BOM : en été

Pour le cas du boulon BOM, les remarques ne diffèrent pas beaucoup pour le platelage, car on s'attendait déjà à avoir une plastification en voyant la valeur de contrainte juste après le serrage qui était de 168 MPa. Donc, après l'ajout de la température, on prévoyait avoir une augmentation qui dépasse la limite élastique. La valeur maximale obtenue après application de toutes les charges est de l'ordre de 174,5 MPa (figure 4-9). Pour l'acier, rien de nouveau n'a été remarqué avec une contrainte maximale qui reste toujours inférieure à la limite (figure

4-10). Finalement, pour le boulon BOM, la contrainte a augmenté de façon très significative

pour dépasser 800 MPa (figure 4-11), ce qui favorise l'idée d'une rupture de tige ou au moins d'une amorce de fissure grave. Ce résultat élimine les chances d'une éventuelle utilisation de ce type de boulon dans un pont.

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-9 : État de contrainte du platelage en été

a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-10 : État de contrainte de la poutre en été

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-11 : État de contrainte du boulon BOM en été

c) Modèle boulon Ajax ONESIDE : en hiver

Pour les résultats de contraintes pour le cas de l'hiver, nous avons visualisé l'évolution de la répartition des contraintes dans chaque composante du pont. Pour le platelage, l'ajout de température a également augmenté les contraintes de Von Mises autour des trous. Cependant, après l'addition des autres cas de charge, une petite diminution de ces contraintes a été observée. Ce fait s'explique par le sens de l'influence de chaque charge, la nature des contraintes générées par le camion s'opposant à celles de température et de freinage, d'où cette variation après chaque charge (figure 4-12). Pour la poutre, il n'y a toujours pas de risque de plastification, compte tenu des valeurs maximales observées après chaque étape de calcul (figure 4-13). Enfin, pour le boulon, la diminution de température a également provoqué une augmentation de la contrainte qui a très peu dépassé la limite élastique. La source de cette contrainte provient du cisaillement que le boulon est susceptible de recevoir. Après l'addition des autres charges, des portions de cisaillement supplémentaires seront générées, soit dans le sens de celles provoquées par la température, soit dans le sens inverse (figure 4-14).

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-12 : État de contrainte du platelage en hiver

a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-13 : État de contrainte de la poutre en hiver

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-14 : État de contrainte du boulon Ajax ONESIDE en hiver

d) Modèle boulon BOM : en hiver

Les commentaires que l'on peut faire pour le boulon BOM en hiver ne sont pas très différents de ceux déjà décrits pour le boulon Ajax. Pour le platelage, l'ajout de température a également augmenté les contraintes de Von Mises autour des trous, avec une petite diminution après l'ajout de la charge normale du camion, de sorte que la plastification du platelage est toujours possible. Pour la poutre, il n'y a toujours pas de risque de plastification, compte tenu des valeurs maximales observées après chaque étape de calcul. Enfin, pour le boulon, la température a provoqué une augmentation de la contrainte, mais après l'ajout de la surcharge, cette dernière a subi une diminution notable. Cependant, le risque de plastification importante est toujours présent. Il faut juste noter qu'il n'y a pas de proportionnalité sur la quantité de réduction ou d'augmentation de contrainte entre chaque composant du pont ou entre les études en question (Ajax ONESIDE ou BOM), car il y a encore des différences entre chaque modèle, en termes de comportement, en fonction du mécanisme de transfert ainsi que dans la façon dont chaque boulon réagira avec les forces qu'il reçoit.

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-15 : État de contrainte du platelage en hiver

a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-16 : État de contrainte de la poutre en hiver

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a) Serrage des boulons b) Effet thermique

c) Charge camion d) Charge de freinage Figure 4-17 : État de contrainte du boulon BOM en hiver

3.2.2. Action composite

Après avoir vérifié le premier aspect de cette étude, il est temps d'étudier la capacité de ces boulons à transférer la force de freinage, pour ce faire il est essentiel qu'ils aient une action composite entre le tablier et la poutre. Selon la littérature (Park et al, 2005), pour vérifier si la poutre composite se comporte comme un seul corps, il faut tracer l'allongement longitudinal où l'on prend des nœuds dans le sens vertical de la poutre comme montré dans la figure 4-18.

86 a) Résultats sans freinage

En traçant la variation de l'allongement axial avant l’application de la force de freinage, on peut remarquer que pendant l’été, la courbe est droite avec une discontinuité où se produit un changement de section (interface tablier / poutre). Or l'action composite est toujours supposée présente étant donné que le platelage et la poutre se déforment de la même manière, c'est-à-dire qu'ils sont soit en traction, soit en compression. L'action composite est considérée comme non établie, si chaque composant a une zone de tension et une autre en compression, ce que nous ne voyons pas dans nos courbes pour les deux boulons.

Figure 4-19 : L'allongement longitudinal en été sans freinage- boulon Ajax

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Pour le cas de l’hiver, nous notons la présence de deux zones dans notre graphe : une zone de traction et l'autre de compression. Cependant, la zone comprimée comporte le platelage et une bonne partie de la poutre, de sorte que le platelage suit la même déformation que la poutre. Si l'action composite a été perdue, nous devrions nous attendre à deux fibres neutres dans nos graphiques, chose qui n’est pas arrivée.

Figure 4-21 : L'allongement longitudinal en hiver sans freinage- boulon Ajax

88 b) Résultats avec freinage

En superposant les graphes obtenus dans la partie précédente avec ceux en présence de l'effort de freinage (figures 4-23 et 4-24), nous allons nous permettre de décider de la capacité des boulons à bien transférer le freinage aux fondations. En analysant les courbes trouvées, que ce soit en hiver ou en été, on voit que la présence de freinage génère un décalage d'allongement dans le sens positif de l'axe longitudinal, sans modifier la forme des courbes. Ces résultats sont satisfaisants, démontrant la capacité de chaque boulon vis-à-vis de la surcharge et des efforts axiaux qui peuvent se produire le long du cycle de vis du pont mixte. Pour mener une analyse plus approfondie, nous avons choisi de comparer les boulons aveugles testés avec le boulon ordinaire. Cette comparaison nous permettra de décider sur la capacité de chaque boulon, et de comprendre lequel offre une bonne résistance au glissement. Les figures 4-25 et 4-26 superposent les résultats des trois boulons sans et avec freinage. Dans le cas sans freinage, on n'observe pas assez de différence entre les trois boulons, les courbes sont presque les mêmes dans les deux cas thermiques. Mais après l’ajout du freinage, on constate un décalage déclenché dans chaque cas, que ce soit en été ou en hiver. Le boulon standard représente une meilleure résistance, car l'allongement du platelage pour les modèles à boulon aveugle est plus grand que celui du boulon ordinaire, ce qui prouve que ce boulon est plus résistant au glissement.

a) Boulon Ajax b) Boulon BOM Figure 4-23 : L'allongement longitudinal avec freinage : cas estival

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a) Boulon ajax b) Boulon BOM Figure 4-24 : L'allongement longitudinal avec freinage : cas hivernal

a) Cas estival b) Cas hivernal Figure 4-25 : L’allongement longitudinal des trois boulons – sans freinage

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a) Cas estival b) Cas hivernal

Figure 4-26 : L’allongement longitudinal des trois boulons – avec freinage