HAL Id: hal-01825196
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Fernanda Gomes, Dominique Siegert, Pierre Marchand, François Toutlemonde
To cite this version:
Fernanda Gomes, Dominique Siegert, Pierre Marchand, François Toutlemonde. Comportement sta-tique d’une dalle orthotrope revêtue de béton bitumineux. [Rapport de recherche] IFSTTAR - Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux. 2011, 72p. �hal-01825196�
P
ROJET
ORTHOPLUS
COMPORTEMENT STATIQUE D’UNE DALLE
ORTHOTROPE REVÊTUE DE BETON BITUMINEUX
Thème 3 : Essais et mesures
Tâche 3c : Validation des modèles
Rédacteurs : Fernanda GOMES IFSTTAR Dominique SIEGERT IFSTTAR Pierre MARCHAND IFSTTAR
Contributeurs : François TOUTLEMONDE IFSTTAR
Références de l'affaire et du document : Date : juin 2011
Indice : 1
Remerciements
De nombreuses personnes de l’unité de Recherche Expérimentation et Modélisation des Structures au sein du département Ouvrages d’Art du LCPC ont participé au bon avancement de cette étude. Les auteurs souhaitent ici les remercier :
F. Baby (pilotage du système hydraulique)
H. Blazejewski (aide à la gestion des points administratifs) L’ « équipe technique » de la dalle d’essai des structures :
C. Bazin (mise en place de l’instrumentation du corps d’épreuve, instrumentation sur site de
la tôle métallique, suivi général du programme),
J. Billo (réalisation du montage de l’essai, suivi général du programme), L. Dieng (modélisation et calcul numérique de l’essai réalisé),
M. Estivin (réalisation du montage de l’essai, mise en place de l’instrumentation du corps
d’épreuve, suivi général du programme),
L. Lauvin (conception du montage)
C. Massotte (réalisation du montage de l’essai, maintenance et mise en œuvre des moyens
hydrauliques, suivi général du programme, gestion de la découpe des corps d’épreuve et évacuation),
J.-C. Renaud (étalonnages et mise au point des protections de capteurs, mise en place de
l’instrumentation et du système d’acquisition, suivi des mesures, coordination de l’équipe technique, approvisionnement en matériel d’instrumentation, suivi général du programme),
C. Tessier (suivi administratif du projet orthoplus)
L’équipe du manège de fatigue des chaussées (LCPC Nantes) pour l’aide apportée sur
Table des matières
1.
Introduction ... 11
1.1. Contexte ... 11
1.2. Position du problème... 11
1.3. Convention de signe – orientation... 12
2.
Conditions expérimentales ... 12
2.1. Fabrication du corps d’épreuve ... 12
2.2. Montage... 16
2.3. Instrumentation... 19
2.4. Chargements statiques... 21
2.4.1. Vitesse et forme du chargement ... 21
2.4.2. Chargement par plaques métalliques rectangulaires ... 22
2.4.3. Chargement par roues... 24
2.5. Chargement cyclique ou de fatigue ... 25
3.
Artefacts constatés sur les autres corps d’épreuve ... 26
3.1. Réactions d’appui ... 26
3.2. Non linéarités ... 27
4.
Résultats des essais statiques... 29
4.1. Observations... 29
4.2. Mesure de flèche ... 29
4.2.1. Flèche mesurées avec chargement de type plaque A ... 29
4.2.2. Evolution des flèches avec maintien en charge... 32
4.3. Flèches sous les différents types de chargement ... 35
4.4. Comparaison avec le corps d’épreuve tôle nue ... 37
4.5. Déformations ... 37
4.5.1. Appréciation du caractère élastique et linéaire des déformations transversales en partie centrale ... 37
4.5.2. Evaluation des contraintes et déformations en pied de cordon de soudure... 43
5.
Essai de fatigue ... 56
6.
Conclusion ... 60
7.
Bibliographie... 60
8.
Annexes... 61
8.1. Annexe 1 : Planning détaillé ... 61
8.2. Annexe 2 : essais sur éprouvettes prélevées sur le corps d’essai ... 61
8.3. Annexe 3 : tableau avec le descriptif complet des voies de mesures utilisées dans les essais statiques ... 62
8.4. Annexe 4 : tableau avec le descriptif complet des voies de mesures utilisées dans les essais cycliques ... 65
8.5. Annexe 5 : relevé des empreintes des roues sur le corps d’épreuve ... 68
Table des illustrations
1. FiguresFigure 1 - Fabrication des corps d’épreuve à l’usine de Lauterbourg (photo Eiffel)... 12
Figure 2 - Plan Eiffel des corps d’épreuve du projet Orthoplus... 13
Figure 3 – Collage barreaux instrumentés avec du bitume ... 14
Figure 4 – Barreaux instrumentés et fils recouverts d’une couche « protectrice » de bitume . 15 Figure 5 - Mise en œuvre du béton bitumineux sur la dalle orthotrope de 14 mm ... 15
Figure 6 - Vue intérieure de l’auget avec instrumentation et ouverture en sous-face... 16
Figure 7 - Montage en configuration chargement roue(s)... 16
Figure 8 - Détail montage on chargement roue(s)... 17
Figure 9 - Vue montage configuration plaque(s) ... 17
Figure 10 - Appuis sous le corps d’épreuve ... 18
Figure 11 - Repèrage des coupes instrumentées ... 19
Figure 12 - Instrumentation par capteurs de déplacement de la section AA’ – cotes en mm .. 19
Figure 13 - Instrumentation par jauges de la section AA’ – cotes en mm ... 20
Figure 14 - Instrumentation par capteur de déplacement de la section BB’ – cotes en mm .... 20
Figure 15 - Instrumentation par jauges et capteurs de déplacement de la section CC’ – cotes en mm ... 20
Figure 16 - Chaînettes au voisinage du cordon de soudure sur les tôles de l’auget et du platelage ... 21
Figure 17 - Capteurs de déformation à support magnétique ... 21
Figure 18 - Allure de la force appliquée par le vérin en fonction du temps... 22
Figure 19 - Coupe transversale plaques métalliques type A et C sur plaque néoprène ... 23
Figure 20 - Coupe pneus - largeur roue et largeur empreinte ... 24
Figure 21 - Equivalence de chargement obtenue par une courbe de Wöhler... 26
Figure 22 - Variation des réactions d’appuis au cours de l’essai ... 27
Figure 23 - Chargement réparti lorsque la tôle n’est pas trop déformée (faible charge) et chargement concentré lorsque la tôle est très déformée (forte charge)... 28
Figure 24 - Hystérésis de la déformation à proximité du pied du cordon de soudure sur la tôle de platelage, dalle orthotrope avec revêtement bitumineux chargée par une roue de camion. 28 Figure 25 – Déformation du revêtement bitumineux constatée après l’essai du 11/03/10 ... 29
Figure 26 - Flèches mesurées au niveau de l’axe AA’ – essais avec plaque A du 10/03/10 ... 30
Figure 27 - Flèches mesurées au niveau des axes BB’ et CC’ – essai avec plaque A du 10/03/10... 30
Figure 28 – Points de chargement remarquables ... 31
Figure 29 – Flèches le long de l’axe AA’, essai avec plaque A du 10/03/11 ... 31
Figure 30 – Chargement lors de l’essai roue seule du 26/02/2010 ... 32
Figure 31 – Evolution de la flèche n°6 en fonction de la charge lors de l’essai roue seule du 26/02/2010... 33 Figure 32 – Evolution de la flèche n°4 en fonction de la charge lors de l’essai roue seule du
Figure 36 - Flèches le long de l’axe AA’, sous les différents chargements réalisés avec des
plaques... 36
Figure 37 - Flèches le long de l’axe AA’, sous les différents chargements réalisés avec des roues ... 36
Figure 38 - Flèches le long de l’axe AA’, plaque A et roue simple (45 kN) ... 37
Figure 39 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle le long de l’axe AA’ pour diverses valeurs de chargment – essai plaque A 10/03/10 ... 38
Figure 40 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – essai plaque A 10/03/10 ... 39
Figure 41 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ à 6 mm du pied de cordon de soudure sud (auget-platelage) – essai plaque A 10/03/10 ... 39
Figure 42 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – fonction du temps – essai plaque A 10/03/10 ... 40
Figure 43 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ à 6 mm du pied de cordon de soudure sud (auget-platelage) – fonction du temps – essai plaque A 10/03/10... 40
Figure 44 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – sans la deuxième montée à 150 kN – essai plaque A 10/03/10... 41
Figure 45 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ à 6 mm du pied de cordon de soudure sud (auget-platelage) – sans la deuxième montée à 150 kN – essai plaque A 10/03/10 ... 41
Figure 46 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – essai plaque C 11/03/10... 42
Figure 47 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ à 6 mm du pied de cordon de soudure sud (auget-platelage) – essai plaque C 11/03/10... 42
Figure 48 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ entre les augets 2 et 3 pour corps d’épreuve tôle nue et corps d’épreuve recouvert de béton bibumineux ... 43
Figure 49 - Principe d’extrapolation : CECA (1), IIS (2) ... 44
Figure 50 - Extrapolation platelage sur test plaque A – 45 kN ; 10/03/10... 45
Figure 51 - Extrapolation auget sur test plaque A – 45 kN ; 10/03/10 ... 45
Figure 52 - Extrapolation platelage sur test plaque C – 60 kN ; 11/03/10... 46
Figure 53 - Extrapolation auget sur test plaque C – 60 kN ; 11/03/10... 46
Figure 54 – Evolution extrapolation platelage sur test plaque A ; 10/03/10... 47
Figure 55 – Evolution extrapolation auget sur test plaque A ; 10/03/10... 47
Figure 56 – Evolution extrapolation platelage sur test plaque C ; 11/03/10 ... 48
Figure 57 – Evolution extrapolation auget sur test plaque C ; 10/03/10... 48
Figure 58 – Comparaison extrapolation platelage soudure sud, sous chargement plaque A - 45 kN ... 52
Figure 59 – Comparaison extrapolation platelage soudure nord, sous chargement plaque A - 45 kN ... 52
Figure 60 – Comparaison extrapolation auget soudure sud, sous chargement plaque A - 45 kN ... 53
Figure 61 – Comparaison extrapolation auget soudure nord, sous chargement plaque A - 45 kN ... 53
Figure 62 – Comparaison extrapolation platelage soudure sud, sous chargement roue - 45 kN ... 54
Figure 63 – Comparaison extrapolation platelage soudure nord, sous chargement roue - 45 kN ... 54
Figure 64 – Comparaison extrapolation auget soudure sud, sous chargement roue - 45 kN ... 55 Figure 65 – Comparaison extrapolation auget soudure nord, sous chargement roue - 45 kN . 55 Figure 66 – Evolution de la raideur en flèche ... 57 Figure 67 - fissure de fatigue dans l’auget amorcée au niveau du trou pour compléter
l’instrumentation ... 57 Figure 68 - Orniérage du béton bitumineux ... 58 Figure 69 - Orniérage du béton bitumineux, mesure ... 58 Figure 70 – Evolution de la raideur en déformation transversale sous la tôle de platelage près de la soudure sud ... 59 Figure 71 – Evolution de la raideur en déformation transversale sur la tôle d’auget près de la soudure sud... 59 Figure 72 - Ecartement des roues : 100 mm ; effort total : 48 kN ; pression pneus : 8,5 bar .. 68 Figure 73 - Ecartement des roues : 100 mm ; effort total : 90 kN ; pression pneus : 8,5 bar . 68 Figure 74 - Ecartement des roues : 170 mm ; effort total : 90 kN ; pression pneus : 8,5 bar .. 68 Figure 75 - Ecartement des roues : 240 mm ; effort total : 90 kN ; pression pneus : 8,5 bar .. 69 Figure 76 - Ecartement des roues : 310 mm ; effort total : 90 kN ; pression pneus : 8,5 bar .. 69 Figure 77 - Ecartement des roues : 380 mm ; effort total : 90 kN ; pression pneus : 8,5 bar .. 70 Figure 78. Principe de l’extrapolation près des cordons de soudure... 71
2. Tableaux
Tableau 1 – Récapitulatif des différentes configurations testées ... 11
Tableau 2 – Configurations des chargements avec plaque(s) ... 24
Tableau 3 – Configurations des chargements avec roue(s)... 25
Tableau 4 – déformations extrapolées (valeurs en µm/m) ... 49
Tableau 5 – contraintes extrapolées (valeurs en ΜPa)... 50
Tableau 6 – Comparaison des déformations extrapolées sous chargement plaque A - 45 kN 55 Tableau 7 – Comparaison des déformations extrapolées sous chargement roue - 45 kN ... 56
Résumé
Dans le cadre du projet Orthoplus des essais de chargement ont été réalisés sur une dalle orthotrope constituée d’une tôle de platelage d’épaisseur 14 mm revêtue par 70 mm de béton bitumineux. Les chargements statiques ont consisté à appliquer des modèles de charge de l’Eurocode mais des roues de camion ont également été utilisées.
Nous évaluons ici l’impact d’une charge locale sur le comportement statique et en fatigue de la structure, à la jonction auget - tôle de platelage. Les résultats sont comparés avec ceux sur la même dalle orthotrope non recouvertes pour évaluer l’influence de la couche de béton bitumineux.
Mots clés : dalles orthotropes, revêtements bitumineux, contrainte de fatigue
Summary
In the frame of the joint R&D Project Orthoplus, loading tests have been carried out on an orthotropic deck with a 14mm thick steel deck with a 70 mm thick bituminous topping layer. Load models from Eurocode but also real wheel loads have been applied for static loading. We assess here the impact of a local load on the static and fatigue behaviour of the structure, at the junction between stiffeners and the steel plate. The results are compared with those on the same orthotropic deck without topping layer to determine the influence of the bituminous layer.
1.
Introduction
1.1.ContexteCe rapport décrit l’expérimentation réalisée avec un corps d’épreuve du projet Orthoplus sur la dalle d’essais du LCPC (devenu IFSTTAR au 1er janvier 2011). Le corps d’épreuve comportait une tôle de 14mm revêtue d’une couche de 70 mm de béton bitumineux de marque commerciale Orthochape®.
Le rapport fait le point sur la fabrication du corps d’épreuve, son instrumentation et les tests effectués.
1.2.Position du problème
Le programme expérimental sur les corps d’épreuve à l’échelle 1 du projet ANR Orthoplus a été réalisé sur la plate-forme d’essai des structures de l’unité de recherche Expérimentation et Modélisation des Structures (EMS) du Département Structures et Ouvrages d’Art (DSOA) du LCPC. Trois corps d’épreuve (tôle de platelage d’épaisseur 10, 12, 14 mm) avec deux types de revêtement (béton bitumineux et BFUP) ont été testés dans 4 configurations :
Tôle 14 mm nue Tôle 14 mm + Béton bitumineux Tôle 10 mm + BFUP Tôle 12 mm + BFUP
Tableau 1 – Récapitulatif des différentes configurations testées
Le présent rapport présente les résultats obtenus sur le deuxième type de corps d’épreuve, à savoir la dalle orthotrope avec tôle de 14 mm revêtue de 70 mm de béton bitumineux.
Le programme de test a démarré le 12/01/10 avec une instrumentation volontairement simplifiée par rapport aux essais réalisés sur le corps d’épreuve sans revêtement. Le programme de chargement statique a été réalisé pour évaluer l’effet du revêtement bitumineux et faire la comparaison avec les résultats obtenus sur le corps d’essai sans revêtement. Les essais statiques ont été terminés le 26/03/10. L’essai de fatigue a démarré le 05/05/10 mais a
été arrêté début juin après avoir réalisé environ 370 000 cycles car les conditions d’essai n’étaient plus représentatives pour faire des observations pertinentes sur le comportement de la structure testée.
1.3.Convention de signe – orientation
Dans le présent document, nous utiliserons les conventions classiques en mécanique, à savoir des déformations et contraintes négatives pour la compression et positives pour la traction. La direction longitudinale (Est-Ouest dans la configuration de test) correspond à l’axe des augets, la direction transversale (Nord-Sud), la direction perpendiculaire.
2.
Conditions expérimentales
2.1.Fabrication du corps d’épreuve
Trois dalles orthotropes ont été fabriquées à l’usine d’Eiffel à Lauterbourg (Figure 1), en suivant la même procédure de fabrication que celle du viaduc de Millau. Les tôles du hourdis mesurent respectivement 10, 12 et 14 mm d’épaisseur, les augets ayant une épaisseur de 6 mm. Le processus de fabrication s’est achevé fin mars 2008.
Les dimensions des corps d’épreuve sont fixées à 2,40 m de largeur par 4,00 m de longueur. Chacun d’entre eux comporte quatre augets et deux pièces de pont distantes de 3,50 m. À chaque extrémité de la structure, deux oreilles de levage ont été soudées. La pièce de pont est constituée d’une âme de (500x15) mm2, et d’une semelle de (20x250) mm2. Les augets ont une ouverture et une hauteur de 300 mm et sont espacés de 300 mm. La géométrie du corps d’épreuve est représentée sur la figure 2.
La pose du revêtement est décrite en détail dans le rapport de la tâche 2-c du projet Orthoplus daté de 28/02/11 (réf 7).
Après grenaillage, le vernis de protection et de collage (Siplast Primer) et la couche d’étanchéité (Parafor Ponts) ont d’abord été posés à chaud sur la tôle de platelage fin septembre 2009. Pour permettre le coulage du béton bitumineux et l’utilisation d’un finisseur, le corps d’épreuve a été enterré au niveau du sol.
Le béton bitumineux a été mis en oeuvre sur le corps d’épreuve avec la tôle de 14 mm le 07/10/2009 à Monthyon dans l’usine d’Eiffage TP.
L’annexe 1 page 61 donne le planning détaillé des différentes étapes de fabrication, d’instrumentation et de test.
Une instrumentation composée de 6 barreaux instrumentées a été posée le jour du coulage au-dessus de la tôle métallique pour mesurer les déformations à l’intérieur du revêtement bitumineux.
La fabrication et la mise en œuvre de ces capteurs ont été inspirés de l’instrumentation des essais réalisés sur le manège de fatigue des chaussées de l’IFSTTAR-LCPC du centre de Nantes.
Le collage de ces capteurs s’est effectué grâce à une fine couche de bitume (Figure 3) puis les capteurs ainsi que les fils ont été recouverts de bitume afin d’offrir une protection lors du passage des engins chargés d’épandre et de compacter la couche de béton bitumineux (Figure 4).
Malgré les précautions prises, aucun capteur ne fonctionnait à la réception du corps d’épreuve au LCPC. Les fils ont vraisemblablement été endommagés par le passage des engins de chantier lors du coulage du béton bitumineux.
Figure 4 – Barreaux instrumentés et fils recouverts d’une couche « protectrice » de bitume
Le compactage a été réalisé à l’aide de cylindres lisses en mode statique (Figure 5).
Figure 5 - Mise en œuvre du béton bitumineux sur la dalle orthotrope de 14 mm
La dalle orthotrope de 14 mm d’épaisseur avec son revêtement Orthochape® a été reçue au LCPC le 11/12/2009. A son arrivée, une vérification de ses dimensions a été réalisée qui a permis de constater que l’épaisseur du revêtement sur les bords de la plaque mesurait 80 mm au lieu des 70 mm initialement prévus. Après dépose et découpage du corps d’épreuve à l’issue des essais, 20 mesures d’épaisseur ont été réalisées. Les valeurs mesurées étaient comprises entre 65 mm et 80 mm. Une dénivellation de l’ordre de 10 mm a été constatée dans la direction nord – sud. Des échantillons du matériau bitumineux prélevés par carottage après réalisation des essais mécaniques ont été transmis au laboratoire de la société Eiffage TP pour
vérifier les caractéristiques du matériau. Les résultats des mesures de masse volumique, module d’Young extraits du rapport de la tâche 2-c sont rapportés dans l’annexe 2 page 61. La dalle orthotrope de 14 mm avait déjà été utilisée pour réaliser les essais sur tôle nue. Ce corps d’essai a été ajouré sous l’auget central nord, à mi-portée (voir Figure 6) pour permettre de mesurer les déformations de la tôle de platelage sous l’auget lors de la première campagne d’essais sans revêtement.
Figure 6 - Vue intérieure de l’auget avec instrumentation et ouverture en sous-face
2.2.Montage
Le montage pour réaliser les essais était identique à celui des essais des autres corps d’épreuve. Les figures 7 et 8 montrent la configuration de chargement avec des roues de camion jumelées. La configuration avec les plaques de chargement est montrée sur la Figure 9.
Figure 8 - Détail montage on chargement roue(s)
Figure 9 - Vue montage configuration plaque(s)
Le corps d’épreuve repose sur 4 appuis, fixes ou glissants, disposés de façon à limiter la composante horizontale des réactions d’appui (Figure 10). Chaque appui est équipé d’une cellule de force pour mesurer les réactions verticales. Ces appuis reposent sur deux grandes poutres. Celles-ci sont appuyées sur trois poteaux (au centre et aux extrémités). Les quatre poteaux sont ancrés sur la dalle d’essai via des puits d’ancrage de capacité en compression de 500 kN, et en cisaillement de 100 kN.
La même conception structurelle a été adoptée pour soutenir le portique supportant le vérin. Un système de contreventement a été ajouté aux grands poteaux de façon à assurer la stabilité du montage (non représenté sur le schéma ci-dessus).
Le vérin SCHENCK, de capacité 1000 kN en statique, et 800 kN en dynamique, a été utilisé pour réaliser les chargements.
Le montage a été utilisé pour appliquer un chargement avec une ou plusieurs roues ou avec une ou plusieurs plaques.
2.3.Instrumentation
Dénomination utilisée pour les capteurs : • F : capteur de flèche type LVDT • J : jauge de déformation
• BD : jauge de déformation bidirectionnelle
• CM : extensomètre à jauges plaqué contre la structure au moyen d’un ressort s’appuyant sur un support magnétique.
Les trois sections transversales qui ont été instrumentées sont (voir Figure 11) :
AA’ : section à mi portée de la structure, soit dans l’axe de la charge ;
BB’ : section à 80 mm de l’axe AA’, à la limite de la zone chargée par les plaques ou les roues ;
CC’ : section à 170 mm de l’axe AA’.
Figure 11 - Repèrage des coupes instrumentées
Les déplacements ont été mesurés à l’aide de capteurs du type LVDT dans les trois sections comme le montrent la Figure 12, la Figure 14 et la Figure 15.
Les déformations ont été mesurées dans les sections AA’ (Figure 13) et CC’ (Figure 15).
Figure 13 - Instrumentation par jauges de la section AA’ – cotes en mm
Figure 14 - Instrumentation par capteur de déplacement de la section BB’ – cotes en mm
Figure 15 - Instrumentation par jauges et capteurs de déplacement de la section CC’ – cotes en mm
Pour mesurer les déformations, on a utilisé :
• des jauges résistives de déformation unidirectionnelles (notées J) et bidirectionnelles (notées BD). La base de mesure de ces jauges était de 5 mm. La direction de mesure des jauges J est dans le plan de la figure (sens transversal du corps d’épreuve).
• Des jauges disposées en chaînette (notées CH). A une distance de 2 mm des pieds de cordon de soudure, 5 jauges en chaînette de base 1 mm, espacées de 2 mm ont été collées pour mesurer les effets de concentration de contrainte et évaluer les contraintes de fatigue (Figure 13 et Figure 16).
• Les capteurs notés CM composés d’une jauge de déformation résistive de base de mesure 6 mm plaquée contre la structure au moyen d’un ressort s’appuyant sur un support magnétique fixé sur la tôle (Figure 17) .
Figure 16 - Chaînettes au voisinage du cordon de soudure sur les tôles de l’auget et du platelage
Figure 17 - Capteurs de déformation à support magnétique
Les annexes 3 et 4 donnent le plan des voies utilisées pour les essais statiques et l’essai cyclique.
2.4.Chargements statiques
2.4.1. Vitesse et forme du chargement
Le chargement a été effectué au moyen d’un vérin d’une capacité de 1000 kN et disposant d’une course de 25 cm. Après une approche en déplacement, jusqu’à mise en contact, le pilotage a été réalisé en force à une vitesse de 0,5 kN/s. On a maintenu une force minimale de 5 kN, au début, à la fin de l’essai ainsi qu’entre les montées en charge, de façon à garantir le contact vérin - corps d’épreuve. Une courbe de chargement avec un palier est montrée sur la Figure 18. Ce palier a été maintenu sur une durée de 800 secondes environ pour vérifier l’influence éventuelle du fluage du béton bitumineux. Tous les chargements n’ont pas été réalisé avec des paliers aussi longs, les paliers sont en général maintenu quelques secondes seulement (environ 15 à 30 secondes).
-55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Temps (s) F o rc e ( k N )
Somme pesons appuis Somme pesons plaques
Figure 18 - Allure de la force appliquée par le vérin en fonction du temps
2.4.2. Chargement par plaques métalliques rectangulaires
Deux types de plaques sont utilisés pour représenter les modèles de chargement par une roue de camion de l’Eurocode :
• Le premier type reproduit la « roue » type A proposée par le modèle de charge de fatigue numéro 2 de l’Eurocode 1-2 (réf : 2) : il s’agit d’une forme rectangulaire de dimension 220 x 320 mm et de 42 mm d’épaisseur.
• Le second type reproduit la « roue » type C proposée par le modèle de charge de fatigue numéro 2 de l’Eurocode 1-2 (réf : 2) : il s’agit d’une forme rectangulaire de dimension 270 x 320 mm et de 40 mm d’épaisseur.
Entre les plaques et le corps d’épreuve est intercalée une plaque néoprène de 5 cm d’épaisseur de façon à assurer une répartition aussi uniforme que possible de la charge surfacique appliquée (voir Figure 19). Cet élément satisfait la norme EN 1337-3 :2005 (réf 6). Le module de cisaillement G de l’élastomère est de 0,9 MPa ± 0,15 MPa conformément à la norme EN 1337-3 :2005.
Ce matériau a été choisi car c’est celui qui semble assurer le chargement surfacique le plus homogène sur le corps d’épreuve, et limiter ainsi les non linéarités dues à l’évolution de la répartition du chargement. Le rapport consacré aux essais sur corps d’épreuve avec tôle 12 mm revêtue de BFUP (réf 5) explique ce phénomène.
Figure 19 - Coupe transversale plaques métalliques type A et C sur plaque néoprène
Les plaques type A ont également été combinées avec un écartement variant de 5 mm à 380 mm.
Le tableau suivant résume les différentes configurations testées avec les valeurs de charge appliquées (on mentionne ici la charge totale appliquée par le vérin):
Configuration Valeurs des paliers (kN) Schémas
Plaque A seule 50 – 55 – 55 Plaque C seule 45 – 100 – 150 – 150 Plaques A écart 5mm (entraxe 225mm) 45 – 100 – 155 – 155 Plaques A écart 50m (entraxe 270mm) 50 – 100 – 155 – 155 – 90 Plaques A écart 100mm (entraxe 320mm) 50 – 100 – 155 – 155 Plaques A écart 170mm (entraxe 390mm) 50 – 100 – 155 – 155 – 90 Plaques A écart 240mm (entraxe 460mm) 50 – 100 – 155 – 155 – 90 Plaques A écart 310mm (entraxe 530mm) 50 – 100 – 155 – 155
Plaques A écart 380mm (entraxe 600mm)
50 – 100 – 155 – 155
Tableau 2 – Configurations des chargements avec plaque(s)
La charge de 45 kN correspond à la charge de fatigue définie par l’Eurocode 1-2 pour un chargement avec plaque type A. La charge 150 kN correspond à la charge maximum en ELS caractéristique sous l’effet d’un convoi T1 (avec toutefois une surface chargée de 400 x 400 mm au lieu de 220 x 320 mm).
Avec la plaque C, la charge de fatigue est de 60 kN. 2.4.3. Chargement par roues
Trois pneus représentatifs de ce que l’on peut trouver sur le marché français ont été achetés par le LCPC. Il s’agit de 3 pneus rechapés du type 385/65 R22.5 de marque Michelin montés sur des jantes neuves.
A chaque essai, on vérifiait la pression de gonflement en essayant de la maintenir la plus proche possible de 8,5 bars (le chargement maximum est de 55 kN par roue).
Pour les chargements à roue double, les écartements sont donnés entre les empreintes des deux roues. Sachant que le débord fait à peu près 50 mm entre le bord du pneu et l’empreinte (voir Figure 20), un écartement donné à 100 mm dans le tableau ci-dessus correspond en fait à deux roues jointives, un écartement donné de 170 mm correspond à une distance entre les nus des deux roues de 70 mm, etc…
Le tableau suivant résume les différentes configurations testées avec les valeurs de charge appliquées :
Configuration Valeurs des paliers (kN) Schémas
Roue seule 50 – 55 – 55 Roues écart 100mm (entraxe 350mm) 50 – 90 – 90 – 90 Roues écart 170mm (entraxe 420mm) 50 – 90 – 90 – 90 Roues écart 240mm (entraxe 490mm) 50 – 90 – 90 – 90 Roues écart 310mm (entraxe 560mm) 50 – 90 – 90 – 90 Roues écart 380mm (entraxe 630mm) 50 – 90 – 90 – 90
Tableau 3 – Configurations des chargements avec roue(s)
Les empreintes relevées sur le corps d’épreuve avec les estimations de la surface réelle de contact pour les différentes configurations de chargement sont données en annexe 5 page 68.
2.5.Chargement cyclique ou de fatigue
La charge a été appliquée via une plaque type A comme présenté dans la section précédente. On cherche ici à représenter un chargement de fatigue composé de 100 millions de cycles avec une amplitude de 45 kN. Ce nombre de cycles est représentatif de ce que subira un ouvrage pendant sa durée de vie prévue, c'est-à-dire 100 ans.
La réalisation d’un aussi grand nombre de cycles étant incompatible avec le planning du projet Orthoplus, nous avons choisi d’effectuer un nombre plus réduit de cycles mais avec une amplitude de chargement plus grande. La courbe de Wöhler (Figure 21) a été utilisée pour trouver l’amplitude équivalente avec « seulement » 2 millions de cycles.
Figure 21 - Equivalence de chargement obtenue par une courbe de Wöhler
On obtient une amplitude équivalente de 111 kN, arrondie à 110 kN.
La réalisation prévue des 2 millions de cycles avec un chargement variant entre 10 et 120 kN devait être entrecoupée en plusieurs phases par des essais statiques « classiques ». Le découpage adopté était le suivant :
Type de sollicitation Nombre de cycles effectués Nombre de cycles total
Statique Cyclique 10 10 Statique Cyclique 110 120 Statique Cyclique 900 1020 Statique Cyclique 9 000 10 020 Statique Cyclique 90 000 100 020 Statique Cyclique 900 000 1 000 020 Statique Cyclique 1 000 000 2 000 020 Statique
L’essai a démarré le 5 mai 2010 avec une fréquence de chargement comprise entre 1 et 2 Hz.
-50 -40 -30 -20 -10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Temps (s) F o rc e ( k N )
Peson SO Peson SE Peson NE Peson NO F/4
Figure 22 - Variation des réactions d’appuis au cours de l’essai
Nous constatons que le peson Nord-Ouest indique des valeurs de l’ordre de 10% supérieures aux autres pesons, suivi par le peson sud-est. Aussi, pour les quatre corps d’épreuve testés, le même phénomène est observé.
L’analyse de ce phénomène et son explication ont été présentées en détail dans les deux rapports d’essai concernant le corps d’épreuve non revêtu (réf 4) et celui revêtu d’une dalle en BFUP avec une tôle de platelage de 12 mm (réf 5).
3.2.Non linéarités
Lors des premiers essais réalisés sur la dalle orthotrope sans revêtement, des non linéarités ont été constatées sur les mesures de certaines jauges. C’est le cas des déformations mesurées sur la tôle de platelage dans le voisinage du cordon de soudure pour un chargement centré entre les deux augets. Ce phénomène a été expliqué par l’évolution de la distribution de pression sur la surface apparente de contact avec la charge appliquée. La Figure 23 montre une représentation schématique de l’évolution du contact entre l’interface utilisée pour répartir la charge sur la tôle de platelage et cette même tôle selon le degré de déformation de l’interface.
Figure 23 - Chargement réparti lorsque la tôle n’est pas trop déformée (faible charge) et chargement concentré lorsque la tôle est très déformée (forte charge)
La Figure 24 montre l’hystérésis des mesures de déformation au niveau des jauges de chaînette 8 et 25 situées au plus près du cordon de soudure pour un chargement avec la roue simple de camion, sur le corps d’épreuve revêtu de béton bitumineux. Dans ce cas les effets des non linéarités de contact et des déformations différées du comportement rhéologique du revêtement se combinent.
Figure 24 - Hystérésis de la déformation à proximité du pied du cordon de soudure sur la tôle de platelage, dalle orthotrope avec revêtement bitumineux chargée par une roue de camion.
Nous constatons sur la courbe ci-dessus que les déformations en charge sont plus faibles que les déformations lors de la décharge. Dans ce rapport, nous avons fait le choix d’évaluer les
4.
Résultats des essais statiques
4.1.ObservationsLors des essais statiques, on a constaté un enfoncement de l’enrobé sous la charge comme le montre la Figure 25 ci-dessous. La profondeur de l’enfoncement était comprise entre 5 et 10 mm. Au repos, l’empreinte de la charge disparaissait quasi complètement. La recouvrance a été totale.
L’observation de cet enfoncement dans les conditions statiques de chargement témoigne du comportement viscoélastique du béton bitumineux.
Figure 25 – Déformation du revêtement bitumineux constatée après l’essai du 11/03/10
4.2.Mesure de flèche
4.2.1. Flèche mesurées avec chargement de type plaque A
On considère tout d’abord les flèches observées lors de l’essai plaque A du 10/03/10.
La Figure 26 ci-dessous donne l’allure des flèches sur l’axe AA’ en fonction de l’effort exercé. La Figure 27 donne quant à elle l’allure des flèches observées sur les axes BB’ et CC’.
CompFlèches -1,000 0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 Force (kN) F lè c h e s ( m m ) Flèche 1 Flèche 2 Flèche 3 Flèche 4 Flèche 5 Flèche 6 Flèche 7
Figure 26 - Flèches mesurées au niveau de l’axe AA’ – essais avec plaque A du 10/03/10
CompFBC 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 force (kN) F lè c h e s ( m m ) Flèche 8 Flèche 9
Figure 28 – Points de chargement remarquables Analyse flèche -5 -4 -3 -2 -1 0 1 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 flèche (mm) d is ta n c e s u r a x e A A ' (m m ) 1 - 45 kN 2 - 90 kN 3 - 150 kN 4 - 150 kN 5 - 90 kN 6 - 45 kN 7 - 0 kN
Figure 29 – Flèches le long de l’axe AA’, essai avec plaque A du 10/03/11
On constate une légère hystérésis (différence entre points 2 et 5 à 90 kN et différence entre points 1 et 6 à 45 kN), toutefois assez peu marquée. On observe également une légère disymétrie sud-nord en raison de l’ouverture dans l’auget numéro 3.
4.2.2. Evolution des flèches avec maintien en charge
Analysons les flèches observées lors de l’essai sous roue seule du 26/02/2010. Lors de cet essai, on a effectué, une montée à 50 kN, une montée à 55 kN puis une seconde montée à 55 kN suivie d’un palier d’environ trois heures à cette même charge.
La Figure 30 ci-dessous montre l’allure du chargement appliqué.
Peson_F_Vérin CH=2 0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 0,000 2000,000 4000,000 6000,000 8000,000 10000,000 12000,000 s k N
Figure 30 – Chargement lors de l’essai roue seule du 26/02/2010
La Figure 31 et la Figure 32 ci-dessous donnent l’allure des flèches observées au niveau des capteurs de déplacement numéro 6 et numéro 4 (voir Figure 12 page 19 la position de ces capteurs ; le capteur n° 4 est situé au centre du corps d’épreuve), en fonction de la charge appliquée.
F_6_OG_1-2_A CH=13 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 force (kN) m m F2
Figure 31 – Evolution de la flèche n°6 en fonction de la charge lors de l’essai roue seule du 26/02/2010
F_4_OG_2-3_A CH=11 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 0,000 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 force (kN) m m F4
Figure 32 – Evolution de la flèche n°4 en fonction de la charge lors de l’essai roue seule du 26/02/2010
On constate une évolution lors des maintiens en charge, mais la pente de la décharge semble toutefois parallèle à celle de la charge.
La Figure 33 et la Figure 34 ci-dessous montrent l’évolution des mêmes flèches au cours du temps.
F_6_OG_1-2_A CH=13 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 0,000 2000,000 4000,000 6000,000 8000,000 10000,000 12000,000 force (kN) m m F2
Figure 33 – Evolution dans le temps de la flèche n°6 lors de l’essai roue seule du 26/02/2010
F_4_OG_2-3_A CH=11 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 0,000 2000,000 4000,000 6000,000 8000,000 10000,000 12000,000 force (kN) m m F4
Remarquons toutefois que le fluage du béton bitumineux sous la charge ne doit avoir que peu d’influence sur la flèche de la structure. En effet, l’épaisseur permettant de diffuser l’effort sera diminuée, mais la rigidité globale ne devrait pas être modifiée significativement.
Observons maintenant l’évolution de la température en-dessous et au-dessus du corps d’épreuve au cours du temps.
Température - essai du 26/02/2010 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 10:33:36 11:02:24 11:31:12 12:00:00 12:28:48 12:57:36 13:26:24 13:55:12 14:24:00 Temps (heure:min:sec) T e m p é ra tu re ( °C ) T19 T20
allure effort vérin
Figure 35 – Evolution de la température au cours du temps
L’écart positif entre les températures des capteurs placés sur le revêtement et sous la tôle de platelage augmente. Le gradient de température entre les deux faces de la tôle de platelage est probablement à l’origine des déformations thermiques de flexion, entraînant une diminution de la flèche (le centre du corps d’épreuve se déplace vers le haut).
La corrélation entre flèches et température ne peut toutefois pas être établie simplement car le comportement thermique de la structure n’est pas connu.
L’effet constaté masque la diminution de rigidité apparente de la structure due au fluage du béton bitumineux.
4.3.Flèches sous les différents types de chargement
La Figure 36 et la Figure 37 ci-dessous donnent l’allure des flèches obtenues le long de l’axe AA’ pour les différentes configurations testées, avec des chargements tels que la force exercée est de 45 kN par plaque ou par roue.
Flèche sous chargement plaque(s) - 45 kN/plaque -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 500 1000 1500 2000 2500
distance sur axe AA' (mm)
fl è c h e ( m m ) plaque A - 10/03/10 plaque A - 26/05/10 * plaque C - 11/03/10 plaques 5 - 12/03/10 plaques 50 - 12/03/10 plaques 100 - 12/03/10 plaques 170 - 12/03/10 plaques 240 - 12/03/10 plaques 310 - 09/03/10 plaques 380 - 09/03/10
* : essai statique réalisé après 100 000 cycles de fatigue.
Figure 36 - Flèches le long de l’axe AA’, sous les différents chargements réalisés avec des plaques
Flèche sous chargement roue(s) - 45 kN/roue
-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 fl è c h e ( m m ) roue seule - 26/02/10 roues 100 - 12/01/10 roues 170 - 13/01/10 roues 240 - 13/01/10 roues 310 - 13/01/10 roues 380 - 13/01/10
Comme attendu, le profil de la déformée n’est pas symétrique en raison de l’ouverture dans l’auget (ouverture pratiquée sur l’auget 3 soit à une distance de 1500 mm du bord sur l’axe AA’ gradué sud-nord).
On constate que la variation de raideur entre le 10/03/10 et le 26/05/10 est négligeable. Les chargements statiques et les 100 000 cycles de fatigue n’ont pas produit de modification détectable au niveau des mesures de flèche.
4.4.Comparaison avec le corps d’épreuve tôle nue
Les déplacements mesurés dans la section AA’ pour les différents chargements correspondant à la plaque A et à la roue de camion chargées à 45 kN (dans la phase de charge) sont représentés sur la Figure 38. Les mesures réalisées pour la tôle nue sont également rapportées sur le graphique. On constate que le revêtement apporte un supplément de rigidité de 8%, si on prend comme référence la flèche au centre.
-1,6 -1,4 -1,2 -1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0 500 1000 1500 2000 2500
position sur l'axe AA' (mm)
fl è c h e ( m m )
plaq A tôle nue ajourée 24/03/09 roue tôle nue ajourée 06/03/09 plaq A tôle + BB 10/03/10 roue tôle + BB 24/02/10
Figure 38 - Flèches le long de l’axe AA’, plaque A et roue simple (45 kN)
4.5.Déformations
4.5.1. Appréciation du caractère élastique et linéaire des déformations transversales en partie centrale
Observons les déformations transversales mesurées en sous-face du platelage orthotrope entre les augets 2 et 3, le long de l’axe AA’ pour les différents points de chargement remarquables explicités Figure 28 page 31 lors de l’essai du 10/03/10 (voir Figure 39 ci-dessous).
Analyse déformation intrados tôle -1000 -500 0 500 1000 1500 -150 -100 -50 0 50 100 150
distance sur axe AA' (mm)
d é fo rm a ti o n (µµµµ m /m ) 1 - 45 kN 2 - 90 kN 3 - 150 kN 4 - 150 kN 5 - 90 kN 6 - 45 kN 7 - 0 kN
Figure 39 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle le long de l’axe AA’ pour diverses valeurs de chargment – essai plaque A 10/03/10
Nous constatons que les valeurs données par la jauge situées à +50 mm du centre (jauge 18) semblent aberrantes. Il convient donc de ne pas tenir compte des valeurs données par cette jauge. Les valeurs données par les autres jauges semblent en revanche réalistes. Cette mesure aberrante ne peut provenir de la découpe de l’auget numéro 3 car ce phénomène n’a pas été constaté sur les résultats de la dalle orthotrope sans revêtement.
On remarquera également que la forme des différentes courbes résultent des lissages réalisés par le logiciel Excell. On prendra donc garde au fait que seul les points reflètent réellement des valeurs mesurées et non la courbe entre les points.
Sur ces courbes (Figure 39), on n’observe quasiment pas d’hystérésis. Le comportement est donc de type élastique ou quasi-élastique.
Observons maintenant la déformation transversale en fonction de la charge en sous-face de la tôle de platelage au centre du corps d’épreuve et à proximité du cordon de soudure (voir Figure 40 et Figure 41 ci-dessous).
BD_16_DO_OG 2-3_AA'_trans 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 1400,000 1600,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
Figure 40 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – essai plaque A 10/03/10 CH_8_DO_6mm_OG_2_AA' -500,000 -450,000 -400,000 -350,000 -300,000 -250,000 -200,000 -150,000 -100,000 -50,000 0,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
Figure 41 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ à 6 mm du pied de cordon de soudure sud (auget-platelage) – essai plaque A 10/03/10
Le saut de déformation à 150 kN est surprenant dans la mesure où il ne semble ne se produire que lors de l’une des deux montées à 150 kN. Observons ces mêmes valeurs en fonction du temps (Figure 42 et Figure 43 ci-dessous) :
BD16 (temps) 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 1400,000 1600,000 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 1400,000 1600,000 1800,000 2000,000 temps (s) µ m /m
Figure 42 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – fonction du temps – essai plaque A 10/03/10
CH8(temps) -500,000 -450,000 -400,000 -350,000 -300,000 -250,000 -200,000 -150,000 -100,000 -50,000 0,000 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 1400,000 1600,000 1800,000 2000,000 temps (s ) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
Nous constatons qu’une variation brusque se produit après avoir atteint pour la deuxième fois 150 kN. Ceci est sans doute dû à problème de pilotage du vérin lors de l’essai. Il est donc plus raisonnable de ne pas considérer la deuxième montée à 150 kN.
Les courbes de déformation en fonction de la charge deviennent alors (voir Figure 44 et Figure 45 ci-dessous) : BD_16_DO_OG... 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 1400,000 1600,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 kN µ m /m
Figure 44 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – sans la deuxième montée à 150 kN – essai plaque A 10/03/10
CH_8_DO_6mm_... -500,000 -450,000 -400,000 -350,000 -300,000 -250,000 -200,000 -150,000 -100,000 -50,000 0,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
Figure 45 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ à 6 mm du pied de cordon de soudure sud (auget-platelage) – sans la deuxième montée à 150 kN – essai plaque A 10/03/10
Intéressons nous à ces deux déformations transversales mais sous le chargement avec une plaque C qui s’est déroulé le 11/03/10 (voir Figure 46 et Figure 47 ci-dessous) :
BD_16_DO_OG 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 -20,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
Figure 46 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle au centre de l’axe AA’ – essai plaque C 11/03/10 CH_8_DO_6mm_ -250,000 -200,000 -150,000 -100,000 -50,000 0,000 50,000 -20,000 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
Ces courbes confirment bien que le saut de déformation lors de la deuxième montée à 150 kN était un artefact de l’essai. On observe en revanche davantage de non linéarité pour ce dernier cas de charge que pour l’essai avec plaque A.
Cette non linéarité pourrait s’expliquer par une évolution de la répartition de la charge surfacique au contact entre le néoprène le bitume au fur et à mesure de la montée en charge. Le bitume a été chargé la veille avec une plaque A jusqu’à environ 150 kN, ce qui a conduit à un léger tassement de ce dernier. Lorsque l’on applique un effort avec un plaque C (270 mm de large au lieu de 220 mm, on peut penser que sous faible niveau de charge, l’effort est plutôt réparti à la périphérie de la surface chargée. On tend ensuite vers une répartition plus uniforme (tassement du néoprène) lorsque l’on augmente la charge (voir explications du rapport sur tôle 12 mm BFUP, (réf 5), sur les non linéarités observées dans le cas de la tôle nue).
Comparons les déformations transversales en fibre inférieures de la tôle le long de l’axe AA’ entre les augets 2 et 3.
-300 -200 -100 0 100 200 300 400 500 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
plaque A tôle nue ajourée 24/03/09 plaq A tôle + BB 10/03/10
Figure 48 – Déformation transversale en fibre inférieure de la tôle sur l’axe AA’ entre les augets 2 et 3 pour corps d’épreuve tôle nue et corps d’épreuve recouvert de béton bibumineux
On observe une légère diminution de la déformation au centre du corps d’épreuve (de l’ordre de 12%) et une diminution nettement plus importante quand on se rapproche des augets 2 et 3 (de l’ordre de 50%).
Cette tendance est assez difficile à expliquer.
4.5.2. Evaluation des contraintes et déformations en pied de cordon de soudure L’objectif des ces essais était de quantifier l’apport du revêtement bitumineux sur la réduction des contraintes au niveau du cordon de soudure.
Sachant qu’il ne nous était pas possible d’instrumenter à l’aide d’une jauge de déformation directement au pied du cordon de soudure, nous avons retenu la méthode IIS d’extrapolation
pour déduire la déformation au pied du cordon de soudure en fonction des déformations mesurées plus loin. Pour mémoire dans le rapport d’essais sur tôle nue, deux schémas d’extrapolation avaient été comparés :
1 : méthode CECA : extrapolation à partir des déformations à une distance de 25 et 50 mm que nous avons respectivement ramenée à une distance de 25 et 37 mm pour le platelage et pour l’auget.
2 : méthode IIS : extrapolation à partir des déformations mesurées à une distance de 0.4 t et t où t est l’épaisseur de la tôle considérée. Nous avons choisi 6 mm et 14 mm dans notre cas. Les positions théoriques des mesures pour extrapoler avec les deux schémas sont indiquées sur la Figure 49.
Traçons les déformations mesurées sur la tôle de platelage et sur la tôle d’auget ainsi que les valeurs extrapolées Figure 50 et Figure 51 :
Extrapolation IIS ou CECA - Tôle platelage
-200 -150 -100 -50 0 50 100 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance cordon de soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( u m /m ) côté sud côté nord Extrapol IIS Sud Extrapol IIS Nord Extrapol CECA Nord
Figure 50 - Extrapolation platelage sur test plaque A – 45 kN ; 10/03/10
Extrapolation IIS ou CECA - Tôle auget
-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance cordon de soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( u m /m ) côté sud côté nord Extrapol IIS Sud Extrapol IIS Nord Extrapol CECA Sud Extrapol CECA Nord
Extrapolation IIS ou CECA - Tôle platelage -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance cordon de soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( u m /m ) côté sud côté nord Extrapol IIS Sud Extrapol IIS Nord Extrapol CECA Nord
Figure 52 - Extrapolation platelage sur test plaque C – 60 kN ; 11/03/10
Extrapolation IIS ou CECA - Tôle auget
-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance cordon de soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( u m /m ) côté sud côté nord Extrapol IIS Sud Extrapol IIS Nord Extrapol CECA Sud Extrapol CECA Nord
Figure 53 - Extrapolation auget sur test plaque C – 60 kN ; 11/03/10
Traçons maintenant les valeurs extrapolées en fonction de la charge appliquée, pour le chargement avec la plaque A et le chargement avec la plaque C.
Extrapolation Platelage -800 -700 -600 -500 -400 -300 -200 -100 0 100 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
extrapol IIS Sud extrapol CECA Sud extrapol IIS Nord extrapol CECA Nord
Figure 54 – Evolution extrapolation platelage sur test plaque A ; 10/03/10
Extrapolation Auget -1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
extrapol CECA Sud extrapol CECA Nord
Extrapolation Platelage -500 -400 -300 -200 -100 0 100 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
extrapol IIS Sud extrapol CECA Sud extrapol IIS Nord extrapol CECA Nord
Figure 56 – Evolution extrapolation platelage sur test plaque C ; 11/03/10
Extrapolation Auget -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Force (kN) d é fo rm a ti o n ( µ m /m )
extrapol CECA Sud extrapol CECA Nord
Figure 57 – Evolution extrapolation auget sur test plaque C ; 10/03/10
Sur ces courbes, on constate une légère hystérésis, assez faible toutefois et une non linéarité davantage marquée sur le test avec plaque C. La pente augmente avec la charge dans ce dernier cas, signe d’un assouplissement du comportement local au fur et à mesure que la charge augmente. Ce phénomène a également été constaté sur les déformations transversales en sous-face de la tôle de platelage et une explication a été proposée (voir Figure 46 et Figure 47 page 42). Cette explication, associée à la modification de la répartition de la charge, reste valable pour les déformations extrapolées aux soudures.
Valeurs de
déformation Extrapolation IIS Extrapol IIS Extrapolation CECA
µm/m Plat Sud Plat Nord Auget Sud Auget Nord Auget Sud Auget Nord Chargement
Plaque type A -167,2 -185,0 -247,9 -246,1 -232,2 -275,5 charge 45 kN
Ecart-type 2,9 3,0 2,8 2,7 5,4 5,5
Plaque type C -120,6 -138,1 -266,0 -269,2 -253,8 -301,6 charge 60 kN
Ecart-type 3,0 3,0 2,8 2,7 5,4 5,5 2 Plaques 5 mm -177,6 -173,5 -289,4 -309,5 -278,1 -347,7 charge 2x45 kN Ecart-type 3,0 3,1 2,8 2,7 5,4 5,5 2 Plaques 50 mm -149,0 -143,7 -227,5 -258,9 -222,9 -290,0 charge 2x45 kN Ecart-type 2,9 3,0 2,8 2,7 5,4 5,5 2 Plaques 100 mm -128,7 -125,2 -165,1 -195,2 -163,2 -218,5 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,9 2,7 2,7 5,4 5,4 2 Plaques 170 mm -130,2 -144,7 -66,1 -91,7 -66,5 -101,2 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,7 2,7 5,4 5,4 2 Plaques 240 mm -159,7 -195,6 19,9 -6,4 13,9 -6,2 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,8 2,7 5,4 5,4 2 Plaques 310 mm -170,0 -190,9 65,8 26,1 60,8 31,6 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,8 2,7 5,4 5,4 2 Plaques 380 mm -190,2 -199,3 120,5 59,2 112,6 68,2 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,8 2,7 5,4 5,4
Roue simple -203,8 -217,1 -290,0 -274,7 -265,4 -309,5 charge 45 kN
Ecart-type 3,0 3,1 2,8 2,7 5,4 5,5 2 Roues 100 mm -242,9 -279,0 -186,2 -208,8 -185,8 -229,1 charge 2x45 kN Ecart-type 3,0 3,1 2,7 2,7 5,4 5,4 2 Roues 170 mm -206,8 -244,4 -65,5 -84,2 -75,9 -95,1 charge 2x45 kN Ecart-type 2,9 2,9 2,7 2,7 5,4 5,4 2 Roues 240 mm -205,5 -235,8 33,8 8,8 31,6 -4,5 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,8 2,7 5,4 5,4 2 Roues 310 mm -225,9 -237,1 95,3 67,0 94,1 59,5 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,8 2,8 5,4 5,4 2 Roues 380 mm -213,5 -229,1 128,0 101,9 128,3 102,9 charge 2x45 kN Ecart-type 2,8 2,8 2,8 2,8 5,4 5,4
Valeurs de
contrainte Extrapolation IIS Extrapol IIS
Extrapolation CECA
MPa Plat Sud Plat Nord Auget Sud Auget Nord Auget Sud Auget Nord Chargement
Plaque type A -35,1 -38,8 -52,0 -51,7 -48,8 -57,9 charge 45 kN
Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,2
Plaque type C -25,3 -29,0 -55,9 -56,5 -53,3 -63,3 charge 60 kN
Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,2 2 Plaques 5 mm -37,3 -36,4 -60,8 -65,0 -58,4 -73,0 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,2 2 Plaques 50 mm -31,3 -30,2 -47,8 -54,4 -46,8 -60,9 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Plaques 100 mm -27,0 -26,3 -34,7 -41,0 -34,3 -45,9 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Plaques 170 mm -27,3 -30,4 -13,9 -19,2 -14,0 -21,3 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Plaques 240 mm -33,5 -41,1 4,2 -1,4 2,9 -1,3 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Plaques 310 mm -35,7 -40,1 13,8 5,5 12,8 6,6 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Plaques 380 mm -39,9 -41,8 25,3 12,4 23,6 14,3 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1
Roue simple -42,8 -45,6 -60,9 -57,7 -55,7 -65,0 charge 45 kN
Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,2 2 Roues 100 mm -51,0 -58,6 -39,1 -43,9 -39,0 -48,1 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,7 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Roues 170 mm -43,4 -51,3 -13,7 -17,7 -15,9 -20,0 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Roues 240 mm -43,1 -49,5 7,1 1,9 6,6 -0,9 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Roues 310 mm -47,4 -49,8 20,0 14,1 19,8 12,5 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 2 Roues 380 mm -44,8 -48,1 26,9 21,4 26,9 21,6 charge 2x45 kN Ecart-type 0,6 0,6 0,6 0,6 1,1 1,1 Classe de détail EN1993-1-9 (réf 3) 100,0 100,0 71,0 71,0 71,0 71,0 Classe de détail Kolstein (réf 1Erreur ! Source du renvoi introuvable.) 125,0 125,0 90,0 91,0 90,0 91,0
Tableau 5 – contraintes extrapolées (valeurs en ΜΜΜΜPa)
Les valeurs de contrainte sont déduites de la déformation en multipliant par le module d’Young de l’acier (210.103 MPa). Nous n’avons pas tenu compte de l’effet de Poisson car la
l’Eurocode, mais pas celle donnée par Kolstein. Dans tous les autres cas, la classe de détail est respectée. Il est donc pertinent de revêtir la tôle nue d’une couche de 7 cm de béton bitumineux.
Nous observons également que la roue seule semble plus sévère que la plaque A pour la même valeur de charge appliquée. On observe l’inverse sur les corps d’épreuve recouvert de BFUP.
La plaque C est plus sévère que la plaque A mais seulement pour les valeurs extrapolées sur la tôle des augets.
Comparaison avec les résultats sur tôle nue ajourée :
Comparons maintenant les résultats sur tôle nue ajourée (trou créé dans l’auget numéro 3) et sur la tôle avec revêtement bitumineux (ajourée elle aussi).
Nous utiliserons les résultats obtenus avec chargement plaque A – 45 kN et avec chargement roue – 45 kN. Les figures suivantes montrent les graphiques d’extrapolation obtenus (Figure 58 à Figure 65). Les valeurs numériques des extrapolations sont ensuite résumées dans le Tableau 6 et le Tableau 7.
Extrapolation cordon de soudure sud - platelage - chargement plaque
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
plaq A tôle nue ajourée 24/03/09 interpol IIS
interpol CECA
plaq A tôle + BB 24/02/10 interpol IIS
Figure 58 – Comparaison extrapolation platelage soudure sud, sous chargement plaque A - 45 kN
Extrapolation cordon de soudure nord - platelage - chargement plaque
-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40 d é fo rm a ti o n ( m m /m )
plaq A tôle nue ajourée 24/03/09 interpol IIS
interpol CECA
plaq A tôle + BB 10/03/10 interpol IIS
Extrapolation cordon de soudure sud - auget - chargement plaque -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
plaq A tôle nue ajourée 24/03/09 interpol CECA
plaq A tôle + BB 10/03/10 interpol IIS
interpol CECA
Figure 60 – Comparaison extrapolation auget soudure sud, sous chargement plaque A - 45 kN
Extrapolation cordon de soudure nord - auget - chargement plaque
-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
plaq A tôle nue ajourée 24/03/09 interpol CECA
plaq A tôle + BB 24/02/10 interpol IIS
interpol CECA
Extrapolation cordon de soudure sud - platelage - chargement roue -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
roue tôle nue ajourée 06/03/09 interpol IIS
interpol CECA roue tôle + BB 24/02/10 interpol IIS
Figure 62 – Comparaison extrapolation platelage soudure sud, sous chargement roue - 45 kN
Extrapolation cordon de soudure nord - platelage - chargement roue
-350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
roue tôle nue ajourée 06/03/09 interpol IIS
interpol CECA roue tôle + BB 10/03/10 interpol IIS
Extrapolation cordon de soudure sud - auget - chargement roue -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
roue tôle nue ajourée 06/03/09 interpol CECA
roue tôle + BB 10/03/10 interpol IIS
interpol CECA
Figure 64 – Comparaison extrapolation auget soudure sud, sous chargement roue - 45 kN
Extrapolation cordon de soudure nord - auget - chargement roue
-400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40
distance pied cordon soudure (mm)
d é fo rm a ti o n ( m m /m )
roue tôle nue ajourée 06/03/09 interpol CECA
roue tôle + BB 10/03/10 interpol IIS
interpol CECA
Figure 65 – Comparaison extrapolation auget soudure nord, sous chargement roue - 45 kN
charge plaque A - 45 kN platelage augets
soudure sud soudure nord soudure sud soudure nord
Valeur de déformation en
µm/m IIS CECA IIS CECA IIS CECA IIS CECA
tôle nue ajourée -334,0 -330,0 -307,4 -318,8 -338,1 -299,4 tôle + BB -167,2 -178,3 -185,0 -175,5 -247,9 -232,2 -246,1 -275,5
