Présentation du pont en Ductal de Saint Pierre La Cour

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1 Présentation du pont en Ductal de Saint Pierre La Cour

2 Qu est-ce que le Ductal? Ductal est un matériau à ultra hautes performances, renforcé par des fibres métalliques ou organiques, et qui est à la fois très résistant, ductile, durable et esthétique. Ductal est un matériau de construction qui a vocation a être utilisé sans armatures passives. Le nom Ductal et le logo sont déposés dans la plupart des pays. Les différentes formulations Ductal ont fait l objet de dépôts de brevets détenus en copropriété par Bouygues, Lafarge et Rhodia. Licenciés en France, Etats Unis, Canada, Australie et Japon Page 2

3 Les caractéristiques BHP BTHP BUHP Ductilité Page 3 Résistance Bétons Fibrés Rhéologie Bétons Fluides

4 Gammes Ductal Ductal -FM (avec fibres métalliques) : pour des applications structurelles. Ductal -FO (avec fibres organiques) : applications architectoniques et non structurelles Ductal -AF : pour des applications où une résistance au feu est requise Page 4

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7 Le traitement thermique Le traitement thermique consiste à appliquer au matériau après sa prise un échauffement à 90 C par de la vapeur d eau pendant 48 heures. Le traitement thermique est appliqué si il est nécessaire. Les principaux effets sont : Amélioration de la durabilité Stabilisation dimensionnelle (pas de retrait, fluage très faible) Augmentation des propriétés mécaniques (+15%) Les éléments non-structuraux ne sont généralement pas traités thermiquement Page 7

8 Propriétés mécaniques Page 8

9 Résistance à la compression Ductal -FM Ductal Béton ordinaire 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Déformation en % Page 9 Contrainte de compression en MPa

10 Résistance à la flexion Ductal -FM FRC 35 FRC 80 C 25 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Flèche (mm) Ductal a la capacité de se déformer sans rompre : c est un matériau ductile Page 10 Contrainte équivalente (MPa)

11 Retrait Après TT Age (jours) Age (jours) (*) matériau traité thermiquement : 48 h à 90 C Sans traitement thermique le retrait total de Ductal est de 500 µm/m Après traitement thermique, le retrait total est nul Page 11

12 Fluage BPR 200 : FLUAGE ENDOGENE SPECIFIQUE jours 7 jours 14 jours 28 jours APRES CURE 48H / 90 C Kfl # Age (jours) Sans traitement thermique, le facteur de fluage est égal à 0.8 Après traitement thermique, le facteur de fluage est réduit à Page 12

13 Les propriétés mécaniques Ductal -FM Ductal -FO Densité 2500 kg/m kg/m 3 Résistance à la compression MPa MPa Résistance à la flexion 32 MPa 24 MPa Résistance à la traction 8 MPa 5 MPa Module d Young MPa MPa Coefficient de Poisson Retrait 0 0 Facteur de Fluage Résistance à la fatigue > 10 millions cycles Coefficient de dilatation thermique 11, m/m 11, m/m / Valeurs caractéristiques du Ductal après traitement thermique Page 13

14 Propriétés de durabilité Microstructure Page 14

15 Béton ordinaire Page 15

16 Ductal Page 16

17 Porosité Porosité cumulée de la matrice (en %) Micro-pores Capillaire 30 B30 20 B60 10 Ductal B100FS 0 Plus faible porosité totale. Seule subsiste de la porosité inter-hydrates à l échelle du nanomètre µm Diamètre des pores (nm) Page 17

18 Propriétés de durabilité Ductal -FM traité thermiquement Diffusion des ions Chlore (AASHTOO T259) m² Carbonatation (Standard CEN) nulle Perméabilité au gaz (Azote) m² Résistance au gel-dégel (Module d Young après 300 cycles) Résistance à l abrasion (indice CNR) 100 % Porosité à l eau 1.9% Diffusion de l eau tritiée 10-5 cm²/jour Résistance à l irradiation Aucun effet ni sur l aspect ni sur les propriétés mécaniques Page 18

19 Présentation des applications structurelles

20 3.0 m Sherbrooke Footbridge, Canada 3300 Page cm thick Ductal -FM ribbed slab 3000 mm 150 Stainless steel tubes filled with confined Ductal x4T13 2x4T13 2X7T13 2x4T13 4x7T m

21 Sherbrooke Footbridge, Canada Page 21

22 Seonyu footbridge, Seoul Page 22

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24 Sakata-Mirai footbridge, Japan Use of prefabricated and Ductal -FM elements. Assembling by external prestressing Span : 50.2 m Location : Japan Inauguration October m total span Page 24

25 Sakata-Mirai footbridge Page 25

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27 Paserelle de Sermaises, France Une Passerelle sans armature 3 éléments de 6.3 m = 19 m Page 27

28 Yokemuri footbridge, Japan Use of prefabricated and Ductal -FM elements. Assembling by external prestressing Span : 35.3 m Width : 3.0 m Height : 0.95 m Location : Yamagata prefecture, Japan Inauguration January 2004 Page 28

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32 PASSERELLE DE PAPATOETOE AUCKLAND REGIONAL TRANSIT NETWORK LTD NOUVELLE ZELANDE Conception et réalisation : VSL Australie Longueur totale : 175 m 10 travées avec une portée type de 20 m Page 32

33 300 dia portholes at 675 cts Beams matchcast in 2 halves in Melbourne & post-tensioned together on site in Auckland Poutre type en Ductal de 20m de portée Par de renforts transversaux. 2 câbles 10T13 en partie basse et 2 6T13 en partie haute Poids 15 tonnes, soit 750 kg/m (Epaisseur moyenne = 140mm) Page 33

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35 Span : 21.4 m long Trafic bridges US FHWA 2.44 m 0.84 m Page 35

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38 Concept du pont mixte Poutre acier Tablier Ductal Page 38

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41 Projet de St Pierre la Cour

42 Pont de Saint Pierre La Cour Lieu : Saint Pierre La Cour, Laval, France Projet : 20 m de long x 12m de large, Production et pose : Quille Planning : Fabrication & Pose Fev 2005 Mai 2005 Pont mixte : 10 poutres Ductal + Prédalles Ductal + dalle béton ordinaire Page 42

43 Pré-dalle en Ductal e=25 mm Poutre en Ductal 1395 mm Solution béton armé Page 43

44 Coupe longitudinale Page 44

45 Asphalte Prédalles Ductal, ép: 25 mm Poutre Ductal BAC, ép: 15 cm Béton : ép: 25 mm Tuyaux GB3, ép: 9 cm GBA Dalle BA Page 45

46 Calculs Chantier SPLC Page 46

47 Procédure BFUP pour le calcul de structures Calculs préliminaires : utilisation des valeurs caractéristiques du matériau et des facteurs d orientation des fibres habituels: Fc28 = 160 MPa après traitement thermique, F t = 8 MPa pour plaques et poutres, K(global=1,25, local=1,75), Fluage : 0.2 après Traitement Thermique Réalisation du béton d étude. Des hypothèses sur l orientation des fibres sont prises (facteur K). Avant lancement de la fabrication: essais de convenance fabrication d un prototype d une partie de la structure finale, découpe d éprouvettes et caractérisation de l orientation des fibres, Bouclage des essais jusqu à obtention de la validation. Page 47

48 «Epreuves d étude» Fabrication d éprouvettes 7*7*28 cm et phi7 Compression: 160 MPa, Flexion 4 points :16 MPa d où f t = 9,7 MPa Flexion éprouvettes entaillées 0,3 = 7.5 MPa Fabrication de plaques fines de 25 mm d épaisseur Flexion 4 points :24,4 MPa Formulation adaptée avec 80 MPa à 17 heures Tests en préfabrication : petit malaxeur équivalent au gros de 2,5 m3 e=25 mm 150 mm 450 mm 600 mm Page 48

49 Essais de convenance Chantier SPLC Page 49

50 Portion de poutre réalisée pour les essais de convenance (longueur 3m) Page 50

51 75 cm 14 cm 14 cm 4,5 cm 34 cm 4,5 cm 16 cm G D G D G D G D G D G D G D G D Bloc 1 Bloc 2 Bloc 3 Bloc 4 Bloc 5 Bloc 6 Bloc 7 Bloc 8 31 cm 43 cm 43 cm 33 cm 33 cm 43 cm 43 cm 31 cm Prélèvement d éprouvette dans le corps d épreuve Analyse du facteur d orientation des fibres Page 51

52 1,6E+06 1,4E+06 1,2E+06 1,0E+06 8,0E+05 6,0E moment (N.mm) 4,0E ,0E+05 0,0E+00 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 ouverture de fissure (mm) 21 cm Caractérisation à la traction directe. Loi de comportement dans les conditions industrielles Page 52

53 «Epreuves de convenance» Valeurs du facteur global d orientation Famille Valeur moyenne (MPa) Valeur corrigée (MPa) Vertical : B4 17,9 18,6 1,34 Facteur K Vertical : B5 31,5 32,8 0,76 45 : B2 20,2 21,0 1,19 45 : B3 33,2 34,5 0,72 45 : B6 33,5 34,8 0,72 45 : B7 42,3 44,0 0,57 Facteur global d orientation K global = 1,34 Page 53

54 «Epreuves de convenance» Valeurs du facteur local d orientation Famille Valeur moyenne (MPa) Valeur corrigée (MPa) Vertical : B4 13,3 13,8 1,81 Facteur K Vertical : B5 28,7 29,9 0,84 45 : B2 30,5 31,7 0,79 45 : B3 40,5 42,1 0,59 45 : B6 16,7 17,4 1,44 45 : B7 26,5 27,6 0,91 Facteur local K local = 1,81 Page 54

55 115 cm 5 cm 5 cm IPN 150 mm ou équivalent 100 cm Résistance mécanique et déformation des prédalles sous charge (estimation du facteur de sécurité) Page 55

56 35 cm 30 cm 30 cm BB capacité 1000kg rempli de sable à hauteur de 500kg BB capacité 1000kg rempli de sable à hauteur de 500kg BB capacité 1000kg rempli de sable à hauteur de 500kg ELU ELS Résistance mécanique et déformation des prédalles sous charge (estimation du facteur de sécurité) 35 cm BB capacité 1000kg rempli de sable à hauteur de 608 kg 20 cm 100 cm Charge de rupture = 1608 kg Plaques : Loi élasto-plastique à 8 MPa Page 56

57 Fabrication des poutres Chantier SPLC Page 57

58 Banc de précontrainte de 40m de long (coffrage vériné latéralement) Page 58

59 Système de chauffage sur les parois du moule (étuvage) Page 59

60 Mise en place des câbles de précontrainte avec leur gainage Page 60

61 Mise en tension des câbles (230 kn par câble) Page 61

62 Aucune vibration Coulage (autoplaçant) Page 62

63 Positionnement des aciers de liaison Page 63

64 Etuvage des poutres (40 C pendant 17h) Page 64

65 Découpe des torons 17h après le coulage (contrôle résistance sur éprouvette: 80MPa mini) Page 65

66 Sortie des poutres du moule-plaque d about retirée Page 66

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68 Poutres après traitement thermique Page 68

69 Fabrication des prédalles Chantier SPLC Page 69

70 Moules de prédalles Page 70

71 Coulage d un produit autoplaçant et fibré Page 71

72 Réglage épaisseur Page 72

73 Crochets de levage Page 73

74 Démoulage Page 74

75 Stockage des prédalles Page 75

76 Pose Chantier SPLC Page 76

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85 Conclusion Chantier SPLC Page 85

86 Solution béton armé Gain en poids : réduction d un facteur 2 du poids du tablier Facilité de production : pas d armatures passives, pas de vibration Poids des éléments : poids de poutre de 9 t, ne nécessite pas des moyens de levage importants Rapidité de pose : pose en 1 jour et 1/2 Faible fluage : gain de 2 torons de précontrainte par poutre Exploitation de la résistance à la flexion : dalle de 25 mm sans aucune armatures, pose sans étaiement Grande durabilité Page 86