Le parc des ponts en Amérique du Nord, et plus spécifiquement au Québec, est vieillissant et de très nombreux ponts nécessitent des réfections, ou en nécessiteront dans les prochaines années. En outre, les tabliers classiquement utilisés, en béton armé ou en bois, ont une durée de vie inférieure à celle du reste de la structure du pont. En considérant cela, il apparaît perti- nent d’utiliser un modèle de tablier plus durable, pour la conception de nouveaux ponts, ou alors pouvant remplacer facilement un tablier existant, dans le cas de la réfection. La revue de littérature montre que les platelages en aluminium, comme par exemple ceux proposés par la société ALUMABRIDGE, seraient idéaux pour remplir ces objectifs.
Cependant, l’utilisation de l’aluminium dans les applications structurales est encore peu répandue et les normes s’y rattachant sont jeunes. En outre, les technologies de connexion en cisaillement entre un platelage en aluminium et une structure en acier sont encore embryon- naires. Cela constitue un frein à l’utilisation de platelages d’aluminium pour la conception ou la réfection de ponts.
Il apparaît alors pertinent de proposer des dispositifs de connexion en cisaillement pour les platelages en aluminium. Pour cela, il est envisageable de tester différents dispositifs d’assemblage à l’aveugle, ou encore de proposer une conception préliminaire de connexion mécanique innovante entre un platelage en aluminium et des poutres en acier.
Chapitre 3
Étude théorique de faisabilité de
l’utilisation de connecteurs aveugles
dans un assemblage antiglissement
L
ES BOULONS AVEUGLESconstituent une solution intéressante pour développer une ac-tion composite entre le platelage en aluminium et les poutres principales en acier dans un pont. En effet, ils présentent les avantages d’une liaison boulonnée standard tout en s’af- franchissant de l’une de ses limites : la nécessité d’accéder aux deux côtés de l’assemblage pour pouvoir mener à bien le serrage. Il convient donc d’étudier, avec une analyse théo- rique, la faisabilité de l’utilisation de boulons aveugles pour l’assemblage d’un pont en alu- minium. Il est également pertinent de réaliser la même étude pour les boulons ASTM F3125 grade A325 et ASTM F3125 grade F1852, qui sont usuellement utilisés pour des applications structurales antiglissements. Cela permettra de juger de l’effet de leur utilisation sur des as- semblages antiglissement sur de l’aluminium 6063-T6, et de comparer leur performance à celles des boulons aveugles.
3.1
Présélection des boulons
Dans la revue de littérature, il a été exposé plusieurs types de connecteurs aveugles : boulons aveugles Ultra-Twist, OneSide, rivet aveugles BOM, boulons à douille expansible, etc. Dans le cadre d’une utilisation dans des assemblages antiglissement dans les ponts, il convient d’éliminer d’emblée tous les connecteurs qui ont des résistances en cisaillement et en traction inférieures aux résistances requises pour les boulons de type ASTM F3125 grade A325M, ASTM F468 ou ASTM F593. En effet, la norme CAN/CSA-S6-2014 recommande l’utilisation des boulons suivants pour les assemblages antiglissement en aluminium1:
— ASTM F3125 grade A325M pour les boulons en acier ; — ASTM F468 pour les boulons en aluminium ;
— ASTM F593 pour les boulons en acier inoxydables.
Parmi les connecteurs identifiés dans la revue de littérature, deux connecteurs aveugles sont compatibles avec les exigences de l’ASTM F3125 grade A325 : le HUCK Ultra-Twist et le AJAXOneSide. Le tableau3.1donne les résistances mécaniques en traction et en cisaillement des boulons sélectionnés, en comparaison avec les caractéristiques mécaniques d’un boulon ASTM F3125 grade A325M. Les notations suivantes sont utilisées :
— D : taille du boulon. On compare ici uniquement des boulons de taille M20 ; — Ft: résistance à la traction, en kN ;
— Fv: résistance au cisaillement (au niveau des filets - hors des filets), en kN.
TABLEAU3.1 – Résistance mécanique des boulons aveugles présélectionnes.
Boulon D Ft Fv
A325M M20 156 87,6-125 Ultra-Twist M20 182,7 121,8 Ajax OneSide M20 203 116-162
En termes de résistance mécanique, les boulons aveugles sélectionnés sont donc adaptés à l’utilisation dans des ponts. Il faut cependant considérer plusieurs autres critères :
— résistance à la corrosion : les deux boulons sont galvanisés, ce qui les protège de la corrosion et protège l’aluminium de la corrosion galvanique ;
— encombrement : le boulon Ultra-Twist n’impose pas de contraintes d’encombrement pour la méthode de pose. En revanche, l’installation du boulon AJAX OneSide requiert un espace libre d’une certaine profondeur du côté aveugle de l’assemblage pour in- troduire l’outil de pose. Cette profondeur d’accès minimale est de 140 mm pour les boulons M16, 190 mm pour les boulons M20 et de 215 mm pour les boulons M24. On constate donc que ces boulons ne peuvent pas être utilisés avec une extrusion d’alumi- nium dont les cellules n’ont pas un dégagement suffisant pour insérer le boulon dans sa totalité. En particulier, leur installation est impossible sur le platelage AlumaBridge de 5 pouces de haut (127 mm) ;
— rapidité et facilité d’installation : Les fabricants indiquent un temps d’environ 30 se- condes pour le boulon Ultra-Twist et de 25 à 30 secondes pour le boulon OneSide. Les boulons A325, quand à eux, ont un temps de pose variant entre 20 et 25 secondes. L’uti- lisation de boulon aveugle allonge donc légèrement le temps de pose, sans pour autant que celui-ci soit excessif.
Du fait de la nature de l’assemblage à réaliser, mettant en oeuvre de l’acier et de l’alu- minium, un autre problème se pose : comment réagit l’aluminium à une force de serrage importante ? En effet, le comportement des assemblages antiglissement est bien connu pour des assemblages d’acier, mais beaucoup moins pour des assemblages mettant en jeu de l’alu- minium. En particulier, il faut considérer le fait que, étant donné sa plus faible rigidité, l’alu- minium peut être écrasé par le boulon lors du serrage. L’objectif de la partie suivante est donc de dresser un état des connaissances sur ce sujet. Il sera ensuite possible d’appliquer ces connaissances à l’utilisation des boulons aveugles dans des assemblages antiglissements impliquant de l’aluminium, afin de valider ou de refuser la possibilité d’utiliser des boulons aveugles dans de tels cas.