Test T6 : choc « hors dimensionnement

STRUCTURELLEMENT DISSIPANTE

ÉLÉMENT MATÉRIAU

III.3 ANALYSE DES RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX

III.3.4 Comportement des appuis

III.3.4.2 Test T6 : choc « hors dimensionnement » en travée

Des mesures de la hauteur des appuis avant et après choc ont révélé que les 12 appuis situés le plus près de la zone d’impact avaient subi des enfoncements conséquents allant de 6 à 16 mm (figure III.38). L’énergie d’impact, dans ce cas, a donc été absorbée par la mise en flexion de la dalle mais également par le cloquage d’appuis fusibles.

Ce test révèle qu’une marge de sécurité importante existe sur ces structures, pour les chocs en travée dépassant l’énergie d’un impact « exceptionnel », avec la plastification des appuis.

1 6 5 4 3 2 11 16 15 14 13 12 2,60 m 2, 12 m 2, 68 m Pt impact Appuis Enfoncement (mm) 1 1,3 2 6,0 3 9,3 4 10,5 5 7,5 6 1,5 11 1,0 12 7,5 13 13,5 14 15,8 15 10,3 16 1,8

L’impact « exceptionnel » en rive révèle que sur une même ligne d’appuis, trois appuis sur onze ont été plastifiés avec apparition d’un cloquage important (figure III.39). L’appui le plus endommagé a subi un enfoncement de 21,5 mm et les deux appuis l’encadrant ont raccourci de 15 mm. Les observations visuelles montrent une légère fissuration du béton en sous-face mais aucun signe de poinçonnement. L’analyse par ultrasons (figure III.19) confirme ces constatations avec une vitesse de propagation du son minimale dans le béton de seulement 4250 m.s-1 alors qu’elle était descendue à 2680 m.s-1 lors du choc « exceptionnel » en travée (test T2). Impact 2,40 Enfoncements : • Fusible 8 : 15 mm • Fusible 9 : 21,5 mm • Fusible 10 : 15 mm 10 9 8

figure III.39 : appuis cloqués après le test T3 en rive

Les appuis ont donc parfaitement joué leur rôle en absorbant l’énergie d’impact et en évitant ainsi un endommagement significatif de la dalle. Les éléments, de type poteau ou chevêtre, supportant les appuis n’auraient donc subi aucun dommage et seule une intervention sur les appuis aurait été nécessaire. La remise en état de la structure passe uniquement par un vérinage de la dalle et un remplacement des appuis cloqués.

III.3.5 Essais statiques

Les essais statiques effectués avant et après choc permettent d’obtenir les courbes de chargement de dalle à mi-travée (figure III.40). A partir de ces données l’évolution de la raideur instantanée (pente de la courbe de chargement) de la dalle en fonction de l’effort appliqué peut être obtenue (figure III.41). Pour les chocs excentrés sur la zone réparée, la fissuration du béton apparaît par une perte de raideur au début du chargement. Après réparation (essai S2), la raideur de la dalle était de 250 kN.mm-1, elle est de 150 kN.mm-1

après un impact « exceptionnel » à 138 kJ (essai S4) et descend à 100 kN.mm^-1 après l’essai T6 à 294 kJ (essai S6).

Pour les essais avant et après le choc « exceptionnel », la phase de fissuration du béton tendu dure jusqu’à une charge d’environ 250 kN puis la mise en traction des armatures inférieures entraîne une raideur constante de l’ordre de 50 kN.mm^-1. Pour l’essai S6, la raideur est constante dès 50 kN, ce qui indique un endommagement important du béton tendu puisque les armatures de flexion sont sollicitées dès le début du chargement.

Une analyse similaire est effectuée pour les chocs au centre de la dalle avec l’obtention de raideurs du même ordre de grandeur. Ces essais statiques ont mis en évidence l’endommagement subi par le béton dans sa zone tendue avec des diminutions de raideur significatives après impact. L’effort maximal pouvant être appliqué lors des essais statiques était de l’ordre de 800 kN et n’a pas permis d’atteindre la plastification des armatures inférieures puisque, après la fissuration du béton, aucun changement de pente n’apparaît (figure III.40).

Les effets de bords, engendrés par l’excentrement des essais S3 et S5 par rapport aux essais S1, S2, S4 et S6, sont quasiment inexistants puisque les raideurs de la dalle sont équivalentes.

0 100 200 300 400 500 600 0 2 4 6 Dé p lace m e n t (m m ) Effort (kN ) 0 200 400 600 800 0 5 10 15 Déplacem ent (m m ) Effort (kN) Test S1 Test S4 Test S6 Test S2

Choc excentré : - S1 : après T2

- S2 : avant T4 (réparation réalisée) - S4 : après T4 - S6 : après T6 a b Tes t S3 Tes t S5 8

Choc au centre : - S3 : avant T5 - S5 : après T5

figure III.40 : courbe de chargement de la dalle à mi-travée (a) au centre et (b) excentré - Capteur 4

0 50 100 150 200 250 0

figure III.41 : évolution de la raideur instantanée de la dalle à mi-travée (a) excentré et (b) au centre - Capteur 4 100 200 300 400 500 600 700 800 Effort (kN) Raideur (kN.mm -1 ) Test S2 Test S4 Test S6 230 kN.mm-1 30 150 kN.mm-1 100 kN.mm-1 50 kN.mm-1 0 50 100 150 200 250 0 100 200 300 400 500 Effort (kN) Raideur (kN.mm -1 ) Test S3 Test S5 233 kN.mm-1 30 155 kN.mm-1 55 kN.mm-1 b a

III.4 SYNTHÈSE

En simulant un cycle de vie complet de l’ouvrage, ces campagnes expérimentales ont permis de valider le principe de fonctionnement des pare-blocs structurellement dissipants :

• Un choc « courant » à 67 kJ n’a entraîné qu’un faible endommagement (tableau III.7) ne nécessitant aucune réparation et la dalle a parfaitement supporté un deuxième impact « exceptionnel » à 135 kJ malgré l’apparition d’un phénomène de poinçonnement ;

• Le comportement de la dalle est globalement resté identique pour un choc « exceptionnel » avant ou après réparation avec même une fissuration moins importante après réparation due à l’augmentation de la section des armatures d’effort tranchant (HA10 au lieu de HA8) et de la résistance du béton (B35 au lieu de B30) ;

• Sous un impact à 294 kJ, d’intensité plus de deux fois supérieure à un choc « exceptionnel » par rapport au dimensionnement initial, la dalle a subi des dommages importants mais à néanmoins assurée sa fonction protectrice ;

• Les appuis ont parfaitement rempli leur rôle en subissant un cloquage lors du choc « exceptionnel » en rive, permettant ainsi de dissiper l’énergie d’impact du bloc. En revanche, aucun appui n’a été plastifié lors des chocs « exceptionnels » à mi-travée. Lors de l’essai T6 à mi-travée, avec une énergie plus de deux fois supérieure à un choc « exceptionnel », la plastification des appuis fusibles a également été mise à contribution afin d’absorber l’énergie incidente du bloc.

Test Position Énergie d’impact (kJ) Déplacement vertical max (mm) ⁽¹⁾ Déf. max enregistrées Armatures inférieures (µm.m^-1) Endommagement T1 En

travée ^{67 14,5} ¹²⁰⁰ ^{- Faible fissuration du béton}en sous face.

T2 En

travée ^{135 22,5} ¹⁹⁸⁰

- Fissuration importante du béton.

- 5 brins (HA 8) de cadres rompus.

T3 Sur

appuis ^{135 21,5} ^-

- Très faible fissuration de la sous face de la dalle. - Cloquage de trois appuis

T4 En

travée ^{138 19,7} ⁵⁵⁸⁰

(2) - Faible fissuration du béton en sous face.

T5 En

travée ^{134 23,2} ²²⁹⁰

- Fissuration importante du béton en sous face.

T6 En

travée ^{294 - Plastification}

- Éjection du béton d’enrobage.

- Plusieurs épingles (HA 10) rompues.

- Armatures supérieures et inférieures cisaillées. - Plastification de six appuis.

(1) valeurs données avec une précision de ± 0,5 mm en tenant compte des incertitudes du capteur et du dispositif de fixation.

(2) jauge positionnée proche du cône de poinçonnement engendrant des déformations locales élevées.

tableau III.7 : flèches maximales et endommagement de la dalle pour les essais T1 à T6

• Une mise en flexion progressive de la dalle engendre localement des contraintes dans les armatures inférieures plus importantes que lorsque la dalle atteint sa mise en flexion complète et son déplacement maximal ;

• Lors d’un choc à mi-travée, dans la phase de remontée de la dalle, les appuis situés près de l’impact se décollent de plusieurs millimètres ;

• Les vitesses de déformation dans les armatures inférieures sont d’environ 0,5 à 1 s^-1 ;

• La fréquence fondamentale d’oscillation de la dalle est d’environ 16 Hz ;

• L’amortissement de la dalle est d’environ 11 % lorsqu’elle s’endommage et redescend ensuite entre 3 % et 5 % ;

• En statique, après une charge d’environ 250 kN, la raideur moyenne de la dalle à mi-travée est comprise entre 50 kN.mm^-1 et 55 kN.mm^-1.

Concernant l’endommagement de la dalle et les différents transferts d’énergie, trois mécanismes résumés dans la figure III.42 apparaissent :

• Déstructuration du béton sur la face supérieure de la dalle au niveau de l’impact lors d’un choc « exceptionnel » à 135 kJ et surtout lors du choc à 294 kJ. Lors de la phase de contact, plusieurs phénomènes mal connus dégradent le béton et dissipent de l’énergie : par compaction, par une fissuration de surface du bloc et de la dalle, par friction interne, sous forme de chaleur et par énergie acoustique ;

• Poinçonnement de la dalle qui tend à éjecter un cône de béton armé. Ce phénomène crée une fissure inclinée à 45° dans le béton, mettant en traction les cadres et cisaillant les armatures inférieures et supérieures coupant la fissure ;

• Mise en flexion locale et globale de la dalle, pouvant aller jusqu’à une plastification des armatures inférieures. Durant ce processus, des transferts ont lieu entre énergie cinétique et énergie de déformation, maximale lorsque la dalle a atteint sa plus grande flèche. Le bloc garde également une part d’énergie cinétique puisqu’il est éjecté, avec un mouvement de rotation.

Le développement de méthodes de calcul simplifiées et l’optimisation du dimensionnement de la structure implique la quantification en termes d’énergie et de sollicitations de ces différents phénomènes.

Énergie dissipée lors du contact

temps

Dalle Poinçonnement

Énergie cinétique et de déformation (flexion) Déstructuration de surface + Chaleur Fissuration

Énergie cinétique (éjection)

Bloc Énergie cinétique Après impact Avant impact Déstructuration de surface Énergie