projet de dalle gaufree en bfup pour un ouvrage a …

La Technique Française du Béton / The French Technology of Concrete

Projet de dalle gaufrée en BFUP pour un ouvrage à Livron-Loriol / UHPFRC waffle deck concept for a bridge at Livron-Loriol Françoois Toutlemonde, Sébastien Bouteille, Ferry Tavakoli, Jacques Resplendino

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PROJET DE DALLE GAUFREE EN BFUP POUR UN OUVRAGE A LIVRON-LORIOL

UHPFRC WAFFLE DECK CONCEPT FOR A BRIDGE AT LIVRON-LORIOL

François TOUTLEMONDE

Université Paris-Est - LCPC

Sébastien BOUTEILLE, Ferry TAVAKOLI

CETE de Lyon

Jacques RESPLENDINO

DIR Méditerranée

1. CONTEXTE GENERAL

Les bétons fibrés à ultra-hautes performances (BFUP) constituent une véritable révolution pour la conception des structures. La possibilité de se dispenser des armatures passives secondaires et la résistance en compression exceptionnelle permettent de concentrer les efforts dans des pièces très minces. Dès lors, l’allègement des structures ou de parties d’ouvrage à l’aide du BFUP et la durabilité accrue ouvrent des perspectives d’emploi jusqu’alors inenvisageables avec les bétons traditionnels ou même les bétons à haute performance. Ces perspectives rencontrent notamment une tendance majeure d’allègement des tabliers mixtes et d’amélioration de leur durabilité (Resplendino & Bouteille 2005).

Le présent article rappelle le résultat des travaux menés dans le cadre du Projet National MIKTI, concernant l’étude d’un bi-poutre de grande portée avec un tablier à dalle gaufrée en BFUP et le programme expérimental de validation associé, réalisé sur la plate-forme d’essai des structures du LCPC. Les recommandations AFGC sur l’emploi des BFUP (Resplendino & Petitjean et al. 2002) ont été appliquées avec succès pour l’ensemble de la conception, en utilisant une modélisation de type grille de poutres. Cependant le fonctionnement tridimensionnel de la structure, particulièrement dans les zones d’application d’efforts concentrés, a nécessité une vérification spécifique. Cette validation expérimentale a été conduite sur un corps d’épreuve à l’échelle un, en incluant notamment la vérification de la tenue en fatigue vis-à-vis des charges issues d’un trafic lourd important, l’ancrage des dispositifs de retenue, et les dispositions de connexion à la charpente métallique (Toutlemonde et al. 2005).

1. GENERAL CONTEXT

Ultra-high performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) represents a real breakthrough in structural design. Possibility to dispense with conventional passive secondary reinforcement, and outstanding compressive strength of the material, make it possible to concentrate forces in very thin members. Then, lighter structures or elements and increased durability lead to application perspectives in unexpected domains for regular or even high-performance concretes. In fact, these perspectives also meet a major trend for lighter composite bridge decks of better durability (Resplendino & Bouteille 2005)

The present paper recalls the result of works carried out within the frame of MIKTI National R & D project, concerning the design study of a long span steel-concrete composite twin-girder bridge deck and the associated validation experimental program performed at LCPC Structures Laboratory. AFGC recommendations for UHPFRC use (Resplendino & Petitjean et al. 2002) were successfully applied for the overall design, using a grill-beam type model. However, three-dimensional behavior of the structure, especially in the zones where concentrated forces apply, required special checking. This experimental verification was made on a scale one specimen, and especially addressed fatigue resistance with respect to loads deriving from intense heavy traffic, anchoring of safety devices (crash barrier), and connection provisions to the steel girders (Toutlemonde et al. 2005).


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L’emploi des BFUP dans des formes structurelles innovantes nécessite la volonté et le soutien des maîtres d’ouvrage et une anticipation suffisante. Cependant, l’étude de réalisation d’un ouvrage de géométrie quasi traditionnelle, en variante utilisant les BFUP, rendue possible par les résultats de la recherche, peut trouver d’autres applications pertinentes, comme le développe la deuxième partie de cet article avec un projet de réalisation d’ouvrage mixte dans un environnement contraint situé à Livron-Loriol.

2. ÉTUDE GÉNÉRIQUE

2.1. Projet d’ouvrage

L’ouvrage étudié de façon générique dans le cadre du projet MIKTI est un bi-poutre mixte à entretoises. Il comporte trois travées de 90 m, 130 m et 90 m respectivement. Le dévers est en pente unique de 2,5%. La dalle est constituée d’éléments préfabriqués en BFUP ayant la largeur totale de l’ouvrage (12 m) et de 2,50 m de longueur (Fig. 1). La précontrainte transversale prétendue rectiligne est constituée d’un câblage de 2T15S par nervure, le câble inférieur étant gainé sur appui (Fig. 2).

Fig. 1. Coupe transversale de l’ouvrage projet / Transverse cross-section of the project bridge

L’étude sous l’action des charges locales a conduit à proposer une dalle de 5 cm d’épaisseur, raidie dans les deux directions par des nervures qui conduisent à une hauteur totale constante de 38 cm. Ces nervures sont espacées de 60 cm dans les deux directions. Le phasage de fabrication prévu dans l’étude est le suivant : positionnement des éléments de dalle sur la charpente, connexion des éléments préfabriqués par des joints coulés en place, mise en précontrainte longitudinale, connexion à la charpente, dénivellation d’appui.

Application of UHPFRC in new structural shapes requires will and support of the owners, and anticipation in project organization. However, during the design study of a rather typical bridge, an alternative applying UHPFRC was made imaginable thanks to the research results, and can be considered as relevant, due to constraints of the bridge project studied for Livron-Loriol bypass (South-Eastern France), as detailed at the end of the present paper.

2. GENERIC DESIGN STUDY

2.1. Bridge project

The generic bridge studied within MIKTI project is a steel-concrete composite deck bridge with twin main girders and crossbeams. It spans 90 m, 130 m and 90 m successively. The transverse slope is uniform at 2.5 %. The concrete slab is made of precast UHPFRC segments, 2.50 m in length, 12 m-wide as the total bridge (Fig. 1). Transverse pre-tensioning strands are rectilinear, two T15S in each rib, the lower one is sheathed over supports and in cantilever parts (Fig. 2).

Verification of resistance under localized loading has led to a 5 cm-thick slab, stiffened in both directions by ribs having a total height of 38 cm. The ribs spacing is 60 cm in both directions. Realization is planned according to the following successive steps: slab segments positioning over the girders, connection of precast segments with cast in place joints, longitudinal post-tensioning, connection to the girders, and finally support lowering.

Fig. 2. Coupe longitudinale des voussoirs et précontrainte transversale /

Segments longitudinal cross-section and transverse pre-stressing

Fig. 3. Précontrainte longitudinale (projet) / Longitudinal post-tension (bridge project)



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2.2. Dimensionnement en flexion

Le calcul en flexion longitudinale a été conduit suivant les usages actuels d’un calcul à court terme et à long terme, en adaptant les hypothèses en fonction des caractéristiques du coefficient de fluage variant de 0,2 à 0,8 suivant la présence ou non d’un traitement thermique. Ce cas de charge engendre une traction dans la dalle qui varie de 15 à 16,5 MPa. La prise en compte des pertes différées (de 5,5 % pour φ = 0,2 à 15,3 % pour φ = 0,8) conduisent à un câblage longitudinal minimal de 114 torons T15S. Ce câblage est extérieur, disposé entre les nervures longitudinales, filant tout le long de l’ouvrage afin de permettre des ancrages aux abouts du tablier plus faciles à réaliser. Cette précontrainte peut être répartie par exemple pour φ=0,5 sur les 21 intervalles en prévoyant 4 câbles 7T15S sur chaque encorbellement et 9 câbles 7T15S en travée centrale (Fig. 3).

2.3. Conception de détail

Un des problèmes majeurs soulevés par l’étude est la liaison de la longrine d’ancrage du dispositif de retenue à la dalle BFUP, qui doit rester dans le cadre réglementaire français de l’implantation des barrières de sécurité. La solution retenue (Fig. 4) est un ancrage précontraint de barrière métallique (BN4) conformément au Guide Technique de référence (Fragnet et al. 1999). Par ailleurs, après étude de différentes possibilités, ont été choisies une liaison de type joint BFUP coulé en place entre éléments préfabriqués et une connexion dalle-poutre métallique par injection d’un coulis entre les nervures longitudinales situées au-dessus des poutres métalliques (Fig. 5).

Fig. 5. Principe de connexion à la charpente / Connection to the steel girders - principle

3. PROGRAMME DE VALIDATION

3.1. Corps d’épreuve

Pour pouvoir réaliser ce projet, certains éléments nécessitaient une confirmation expérimentale afin de valider d’une part la résistance locale et générale en fatigue de cette dalle gaufrée en BFUP et d’autre part certaines dispositions constructives retenues par rapport au contexte réglementaire français (Toutlemonde et al. 2005).

2.2. Flexure

Verifications concerning longitudinal bending behavior were carried out as usual with short and long-term situations, with adapted assumptions for the creep coefficient values ranging from 0.2 to 0.8 depepnding on the possible thermal treatment of the UHPFRC considered. The tensile stress in the slab reaches 15 to 16.5 MPa. Taking into account delayed prestressing losses (from 5.5 % if φ = 0.2 to 15.3 % if φ = 0.8) the minimum quantity of longitudinal tendons is 114 strands T15S. These strands shall be external, in-between longitudinal ribs, from one end of the bridge to the other so that anchors can be easily realized at end ribs of the deck. Distribution of the post-tensioning tendons can be achieved e.g. for φ = 0.5 with 4 strands 7T15S on each cantilever and 9 strands 7T15S within the central transverse span (Fig. 3).

2.3. Detailing

Fig. 4. Ancrage de type P du dispositif de retenue / P-type anchoring of the safety barrier

One of the major concerns of the design study relates to the connection of the edge rib where the crash barrier posts are anchored, to the UHPFRC ribbed slab. The provisions have to keep covered by present French design rules concerning safety barriers. The proposed solution (Fig. 4) consists in a pre-stressed anchoring of the steel crash barrier post, consistent with the reference technical guide (Fragnet et al. 1999). Moreover, after having examined varied possibilities, the choice of connection provisions consisted in a cold cast in place UHPFRC joint between precast segments, and connecting the slab to the steel girders with grouting of steel studs within the UHPFRC box cells limited by the longitudinal ribs over the steel flange of the main girders (Fig. 5).

3. EXPERIMENTAL PROGRAM FOR VALIDATION

3.1. Test specimen

Realization of such an innovative project required a positive experimental validation to confirm both the local and global resistance of this UHPFRC two-way ribbed slab, and the safety of several provisions selected with reference to the French regulatory context (Toutlemonde et al. 2005).


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Fig. 6. Coulage des modèles / Casting of mockups

Deux éléments de dalle nervurée ont donc été fabriqués à l’usine de préfabrication Hurks Béton située à Veldhoven (Pays-Bas).

Ces éléments, l’un en BSI®-Ceracem, l’autre en ®Ductal-FM, sont à l’échelle 1 par rapport au projet de base mais ont une largeur transversale réduite de moitié. Les corps d’épreuves associés à la caractérisation des matériaux ont également été réalisés dans ces conditions industrielles (Fig. 6). A réception de ces corps d’épreuve le LCPC a réalisé l’assemblage des deux voussoirs sur le banc d’essais avec clavage en BFUP (BSI®), mise en tension de la précontrainte longitudinale, et ferraillage puis bétonnage de la longrine de BN4 (Fig. 7).

3.2. Principaux résultats

Au total, c’est un corps d’épreuve complexe de tablier gaufré, de dimensions en plan 6,1 m x 5 m, qui a pu servir aux différents aspects de la validation recherchée :

• flexion transversale (Fig. 8) sur une portée de 4,20 m avec un schéma d’application des charges représentatif de l’essieu de l’Eurocode utilisé pour la vérification en fatigue (2 millions de cycles appliqués par deux roues de 0,4 m x 0,4 m chargées à 100 kN espacées transversalement de 1,20 m) ou pour les charges de service rares (deux roues de 0,4 m x 0,4 m chargées à 150 kN espacées transversalement de 1,20 m), sans oublier une vérification de résistance à 100 000 cycles sous l’effet d’un « essieu » constitué de roues plus étroites (0,19 x 0,26 m) ;

• flexion locale sur une alvéole seule, endommagée préalablement ou non par le chargement de fatigue, sous l’effet du même type de « roues » de surface 0,4 x 0,4 m, puis de charges plus concentrées, permettant de quantifier la résistance au poinçonnement (Fig. 9) ;

Fig. 7. Assemblage des voussoirs, précontrainte et clavage en BFUP coulé / Assembled segments, post-tension and

UHPFRC joint for keying

Two waffle slab segments were thus cast in Hurks Beton precast factory at Veldhoven (The Netherlands). These segments, one made out of BSI®-Ceracem, the other of ®Ductal-FM, are at scale one with respect to the design project, but with transverse width reduced to one half. Specimens for material characterization have also been cast in these industrial conditions (Fig. 6). After delivery of the segments at LCPC, assembly was carried out on the test setup with casting of the cold keying joint made of UHPFRC (BSI®), application of the longitudinal post-tension, reinforcement preparation and casting of the edge beam for crash barrier fixation (Fig. 7).

3.2. Main results

Altogether a rather complex 6.1 m x 5 m waffle deck was used as test specimen for the different steps of the project validation:

• transverse bending (Fig. 8) with a 4.2 m-span and a load application pattern representative of Eurocode axles used for fatigue verifications (2 million cycles applied through two wheels loaded up to 100 kN each, their surface being 0.4 m x 0.4 m, with a 1.2 m transverse spacing) or for verification of rare serviceability limit states (two wheels corresponding to 150 kN each, their surface being 0.4 m x 0.4 m, with a 1.2 m transverse spacing), including also a resistance verification under 100,000 cycles of two times 150 kN-amplitude with an “axle” having narrower wheels (0,19 x 0,26 m);



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• poussée transversale sur le montant du dispositif de retenue, de façon à vérifier que les éléments fusibles de leur ancrage plastifient sous un moment normalisé (200 kN.m) avant tout endommagement irréversible du tablier (Fig. 10).

Fig. 8. Essai de chargement en fatigue pour valider la tenue sous trafic lourd, avec

« essieu » standard et « roues étroites » / Fatigue loading configuration for validating

resistance to heavy traffic, with standard “axle” and “narrow wheels”

Fig. 9. Essai de chargement local pour valider la tenue au poinçonnement / Local loading test

for validating punching shear capacity

Par ailleurs, des essais particuliers de résistance sous charge localisée ont été réalisés sur des alvéoles ainsi qu‘un essai de « push-out » (Fig. 11) pour valider la résistance de la connexion dalle BFUP - poutre métallique.

• local bending of a single box cell, previously damaged or not during the fatigue loading process, submitted to the same type of “wheel” load, 0.4 m x 0.4 m in surface, and subsequently to loads of reduced surface, until obtaining punching shear failure for quantifying the safety with respect to this mechanism (Fig. 9);

• transverse thrust applied on the post of the crash barrier, in order to verify that fuse screws of the anchoring system reach yielding under the standard design moment (200 kN.m) before any irreversible damage of the deck (Fig. 10).

Fig. 10. Essai statique du dispositif de retenue et rupture par les vis fusibles /

Static test of the safety barrier anchoring and failure of fuse screws

Fig. 11. Essai de cisaillement de la connexion / Push-out test of the steel-UHPFRC connection


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Les essais de flexion sous charge représentative d’un essieu ont permis de déterminer un facteur de sécurité sur la charge vis-à-vis des phénomènes de fatigue au minimum égal à 1,25 si la charge peut être considérée comme répartie sur une surface assez large, et au minimum égal à 1,15 dans le cas de charges très concentrées (Toutlemonde et al. 2007-a).

Les essais de flexion sous charge locale ont été conduits sur la dalle gaufrée et sur deux alvéoles isolées (Fig. 12) et si la rupture par poinçonnement obtenue sur le tablier apparaît brutale pour une charge variant de 352 kN à 417 kN, le coefficient de sécurité est élevé, avec un minimum de 2,35 pour une diffusion réduite de la charge et 6 pour la pression d’un pneu apportant la charge en question (Toutlemonde et al. 2007-b).

Fig. 12. Essais de flexion localisée sur alvéoles isolées / Local bending tests of isolated cells

Deux essais de flexion transversale globale ont été menés jusqu’à rupture : un en section courante, l’autre proche du joint entre voussoirs. Les résultats font apparaître quantitativement un facteur de sécurité d’au moins 1,8 à l’état limite de service et 2 à l’état limite ultime, qui provient principalement de la participation des nervures longitudinales à la diffusion des charges (Toutlemonde et al. 2008-a).

Deux chargements successifs ont été appliqués sur le dispositif de retenue des véhicules fixé au tablier par ancrage précontraint. Ces essais ont conduit à la rupture des vis fusibles conformément au principe de conception et n’ont pas généré d’endommagement irréversible du tablier (Toutlemonde et al. 2008-a).

Moreover, specific tests of cells resistance to concentrated loading werer realized, as well as a push-out test (Fig. 11) in order to validate the shear capacity of the connection of the UHPFRC waffle slab to the steel girders.

Bending tests with loads application representative of axle loading have helped determine a safety factor with respect to the load higher than 1.25 with respect to fatigue loading, if the force can be considered as widely enough distributed, and still higher than 1.15 in the case of very concentrated loadings (Toutlemonde et al. 2007-a).

Bending tests with localized loading were carried out both on the waffle deck and on isolated cells (Fig. 12). Even though sudden punching shear failure has been obtained for the deck for a load varying from 352 kN to 417 kN, the safety factor is high, it equals 2.35 at the minimum for reduced load diffusion and 6 with respect to the tire pressure which produces the punching force (Toutlemonde et al. 2007-b).

Two overall transverse bending tests were carried out up to failure, the first one in a current zone, the other one close to the joint between segments. The results led quantitatively to a safety factor higher than 1.8 for the serviceability limit state, and higher than 2 for the ultimate limit state, which mainly comes from the contribution of longitudinal ribs to forces diffusion (Toutlemonde et al. 2008-a).

Two successive loadings were applied on the post of the crash barrier, fixed to the deck by post-tensioned anchoring. These tests led to failure of fuse screws as expected in the design principle, and did not cause irreversible damage of the deck (Toutlemonde et al. 2008-a).

Finally, the push-out test helped validate the connection provisions between the UHPFRC waffle slab and the steel girders (Toutlemonde et al. 2008-b). The resisting capacity at ultimate limit state is 975 kN in application of Eurocodes design formulae. During the test, nonlinear behavior was observed beyond 1300 kN and the load was increased not higher than 1800 kN due to the setup limitations. The failure mode is the one expected: ductile, caused by studs yielding. The safety factor which derives from this test is about 1.8 at serviceability limit state (SLS), and at least 1.5 at ultimate limit state (ULS).

4. APPLICATION TO LIVRON-LORIOL COMPOSITE BRIDGE PROJECT

Given the success of the experimental validation program, it turned out interesting to propose alternative design solutions for decks of steel bridges which could apply the concept of UHPFRC waffle slab.



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Enfin, l’essai « push-out » a permis de valider la connexion dalle en BFUP – poutre métallique (Toutlemonde et al. 2008-b). Le dimensionnement à l’état limite ultime conduit à une capacité résistante de 975 kN selon les Eurocodes. Lors de l’essai, un comportement non linéaire est apparu à partir de 1300 kN et le chargement a été stoppé à 1800 kN compte-tenu des limites du montage. Le mode de rupture est celui attendu : ductile, lié à la plastification des goujons. Le coefficient de sécurité qui découle de cet essai est d’environ 1,8 à l’état limite de service (ELS), et d’au moins 1,5 à l’état limite ultime (ELU).

4. APPLICATION A L’OUVRAGE MIXTE DE LIVRON-LORIOL

Compte tenu du succès du programme expérimental de validation, il est apparu intéressant de proposer des conceptions variantes d’ouvrages mixtes appliquant le concept de dalle gaufrée en BFUP. L’opportunité en a été fournie avec un ouvrage destiné à franchir les voies ferrées Paris-Lyon-Marseille qui doit être construit dans le cadre de la déviation des communes de Livron et Loriol, dans la Drôme. Il est constitué de deux tabliers d'une longueur totale de 150 m comportant trois travées : deux travées de rive de 41 m de portée et une travée centrale de 68 m. Les tabliers, de 10,7 m de largeur, sont de type bipoutre à entretoises. Les appuis sont fondés sur pieux forés. Deux solutions ont ainsi envisagées pour la dalle : d’une part, une dalle classique en béton armé (béton C40/50) de 0,35 m d'épaisseur au droit des poutres et 0,25 m aux extrémités de l’encorbellement ainsi que dans la partie centrale de la dalle ; d’autre part une dalle gaufrée en BFUP.

Dans la solution BFUP, la dalle est de même type que celle étudiée et validée dans le cadre du Projet National MIKTI. Les caractéristiques principales qui ont fait l’objet d’essais, tels que les dimensions de la dalle, la précontrainte transversale, les dispositions nécessaires à l’ancrage de la barrière de sécurité, le principe de connexion à la charpente, ainsi que la longueur des éléments préfabriqués (2,5 m) et leur principe d’assemblage, ont été conservées. En revanche, certains points ont dû être adaptés au projet. La largeur de la dalle passe de 12 m à 10,7 m et la quantité de précontrainte longitudinale a été optimisée (Fig. 13). En outre, l’entraxe des nervures destinées à accueillir les connecteurs a été adapté à la largeur de la semelle supérieure des poutres. Chaque élément de dalle, de 10,70 m de largeur et 2,5 m de longueur, pèse 11,15 tonnes environ contre 19,40 t pour une dalle classique en béton armé traditionnel.

Une dénivellation d'appui de 50 cm est prévue afin d'optimiser la précontrainte. Malgré cette dénivellation la traction en fibre supérieure de la dalle atteint 10,2 MPa sur piles.

Such an opportunity was provided with a bridge intended to span over Paris-Lyon-Marseille railways in the bypass project of Livron-Loriol townships in Drôme district, South-Eastern France. The bridge consists of two decks with a total 150 m-length in three spans: twice 41 m-long spans on the sides and 68 m-long for the central span. The 10.7 m-wide decks are supported by twin steel-girders with cross-beams. The bridge is supported on bored pile foundations. Two alternative solutions have been considered for the slab: either a regular reinforced concrete slab made of C40/50 concrete, 0.35 m-thick on the girders and 0.25 m-thick at the corbel ends and in its central part, or a UHPFRC waffle slab.

For the UHPFRC solution, the slab is of the same type as studied and validated within the framework of MIKTI National Project. The main characteristics checked by testing, e.g. dimensions, transverse pre-stressing, provisions for anchoring the crash barrier, the principle for connection to the steel girders, as well as the 2.5 m-length of precast segments and principles for assembling them, were all kept in the project. However some aspects required adaptation: the slab width has been changed from 12 m to 10.7 m and the quantity of longitudinal post-tension has been optimized consequently (Fig. 13). Moreover, the ribs spacing above studs for connection to the steel girders has been adapted to the width of the girders upper flange. The weight of each waffle slab segment, 10.7 m-wide and 2.5 m-long, is about 11.15 t as compared to 19.40 t for a regular reinforced concrete slab element of the reference solution.

Fig. 13. Coupe transversale de l’ouvrage projeté à Livron-Loriol et plan de précontrainte / Transverse cross-section of the bridge project at Livron-Loriol and location of post-tensioning

tendons


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La précontrainte longitudinale a été dimensionnée de manière à ce que les joints transversaux soient toujours comprimés, d’une part à l’ELS caractéristique en prenant en compte 50% des effets de la dénivellation d’appui, d’autre part à l’ELS fréquent en cumulant les contraintes de flexion générale et de flexion locale et en prenant compte 50% seulement des effets de la dénivellation d’appui. Ainsi l a précontrainte longitudinale est constituée de 8 câbles 12T15S extérieurs (Fig. 13). Les câbles sont disposés entre les nervures. Ils sont filants tout le long de l'ouvrage et peuvent être remplacés le cas échéant. Des dispositions sont prévues pour rajouter, si nécessaire, des câbles de renfort.

Les contraintes finales dans la dalle BFUP, citées ci-après, montrent l’efficacité et la sûreté de la conception :

Contraintes minimales à l’ELS caractéristique avec 50% des effets de la dénivellation d’appui :

• σc = 2,6 MPa (Fibre Supérieure sur pile)

• σc = 3,1 MPa (Fibre Inférieure sur pile)

Contraintes maximales à l’ELS caractéristique avec 100% des effets de la dénivellation d’appui :

• σc = 41,8 MPa (Fibre Supérieure à la clé)

Contraintes minimales à l’ELS fréquent en cumulant la flexion générale et la flexion locale et en considérant 50% des effets de la dénivellation d’appui :

• σc = 0,4 MPa (Fibre Inférieure sur pile)

5- CONCLUSIONS

Rendue possible par une étude générique et de nombreux essais de validation à grande échelle, la solution de dalle gaufrée BFUP appliquée à l’ouvrage de la déviation de Livron-Loriol présente notamment les avantages suivants :

• Meilleure durabilité du matériau BFUP,

• Meilleure efficacité de la dénivellation d’appui

• Réduction du poids de la charpente et de la longueur des pieux grâce à une diminution significative du poids de la dalle du tablier,

• Absence de fissuration de la dalle BFUP par rapport à une dalle en béton armé où malgré les différentes précautions la fissuration ne peut pas être évitée au voisinage des piles.

Post-tension is optimized by providing a 50 cm-support lowering. Even though, the tensile stress on top of the slab reaches 10.2 MPa over the piers. The longitudinal post-tension has been determined so that transverse joints are always submitted to compression, both at characteristic SLS taking into account only half of the benefit of the support lowering, and at frequent SLS accounting for both general and local bending induced stresses, and taking into account only half of the benefit of the support lowering. Thus the longitudinal post-tension is applied by 8 external 12T15S tendons (Fig. 13), located between longitudinal ribs. They are covering the whole bridge length and can be changed if necessary. Provisions are taken for possible addition of further tendons, if it turns out necessary.

Finally, stresses in the UHPFRC waffle slab, listed hereafter, attest of the safe and efficient design:

Minimum stresses at characteristic SLS, accounting for half of the support lowering effects:

• σc = 2.6 MPa (Upper chord over the piers)

• σc = 3.1 MPa (Lower chord over the piers)

Maximum stresses at characteristic SLS, including 100 % of the support lowering effects:

• σc = 41.8 MPa (Upper chord at mid-span)

Minimum stresses at frequent SLS, accounting for both global and local bending effects and considering half of the support lowering effects:

• σc = 0.4 MPa (Lower chord over the piers)

5. CONCLUSIONS

The solution of UHPFRC waffle slab for composite bridge decks has been made available through a generic design study followed by numerous large-scale tests for validation. When applied to the Livron-Loriol bypass bridge project, it exhibits the following main advantages:

• Better durability of the UHPFRC material,

• Better efficiency of the support lowering,

• Reduction of the steel girders weight and of the piles length due to the significant weight reduction of the deck slab,

• Avoidance of the slab cracking for the UHPFRC waffle deck, as compared to the reinforced concrete solution for which even with varied care provisions it cannot be avoided above the piers and around.



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De plus, l'utilisation des dalles gaufrées en BFUP permet de lancer la charpente équipée de la quasi-totalité des dalles ce qui présente un avantage important pour cet ouvrage en raison du franchissement des voies ferrées. L'exécution des travaux au-dessus des voies en est facilitée et le nombre de coupures de trafic peut être réduit, ce qui constitue un avantage déterminant en termes de coût et de délais.

REMERCIEMENTS

Le travail initial de conception a bénéficié dans le cadre du Projet national MIKTI des avis de MM. Kretz, Brisard, Thibaux et Behloul. Le programme de validation expérimentale et son interprétation a été soutenu par Eiffage (A .Simon) et Lafarge (M. Behloul) et a mobilisé intensément l’équipe de la plateforme d’essai des structures du LCPC notamment S. Dubroca, L. Lauvin, J.-C. Renaud, M. Estivin, J. Billo, F.-X. Barin, M. Quiertant, L. Sorelli et F. Baby, que les auteurs souhaitent ici remercier.

Moreover, using the UHPFRC waffle slab solution makes it possible to launch the steel girders equipped with almost all the segments, which constitutes a major advantage for this bridge due to the spanning over the railways. Works execution over the breach is much safer and easier, and the number of rail traffic interruptions can be reduced, which represents a decisive benefit in terms of cost and job duration.

ACKNOWLEDGMENTS

The initial design study within MIKTI National Project took advantage of advice given by MM. Kretz, Brisard, Thibaux and Behloul. The experimental validation program and the analysis was supported by Eiffage (A. Simon) and Lafarge (M. Behloul) and required intense efforts of the team of LCPC Structures Laboratory, especially S. Dubroca, L. Lauvin, J.-C. Renaud, M. Estivin, J. Billo, F.-X. Barin, M. Quiertant, L. Sorelli and F. Baby, who are gretefully acknowledged.

REFERENCES

Fragnet M. et al. (1999) “Barrières de sécurité pour la retenue des poids lourds”, coll. guide technique GC, Sétra.

Resplendino J., Petitjean J. et al. (2002) “Bétons fibrés à ultra-hautes performances. Recommandations provisoires / Ultra-high performance Fibre-reinforced concretes. Interim recommendations”, AFGC-Sétra.

Resplendino J., Bouteille S. (2005), “Les derniers développements dans l’utilisation des Bétons Fibrés Ultra Performants en France”, GC'2005, Paris, Oct. 2005.

Toutlemonde F., Resplendino J., Sorelli L., Bouteille S., Brisard S. (2005) “Innovative design of Ultra-high Performance Fiber–reinforced Concrete ribbed slab : experimental validation and preliminary detailed analyses”, 7th Int. Symp. HSC / HPC, Washington D.C. (USA), June, ACI SP-228, SP 228--76, 1187-1206.

Toutlemonde F., Lauvin L., Renaud J.-C., Kretz T., Brisard S. (2007-a) “Fatigue performance of UHPFRC ribbed slab applied as a road bridge deck verified according to Eurocodes”, 5th int. conf. On Concrete under severe conditions, CONSEC’07, Tours (France), June, 1191-1200.

Toutlemonde F., Renaud J.-C., Lauvin L., Brisard S., Resplendino J. (2007-b) “Local bending tests and punching failure of a ribbed UHPFRC bridge deck”, 6th int. conf. On Fracture Mechanics of Concrete and Concrete Structures, FRAMCOS-6, Catania (Italy), June, 1481-1489.

Toutlemonde F., Renaud J.-C., Lauvin L., Simon A., Behloul M., Bouteille S., Resplendino J. (2008-a) “Experimental validation of a ribbed UHPFRC bridge deck”, Ultra High Performance Concrete (UHPC), 2nd int. symp. on Ultra High Performance Concrete, Kassel (Germany), March, 771-778.

Toutlemonde F., Lauvin L., Renaud J.-C., Baby F., Bouteille S., Resplendino J. (2008-b) “Validation of connection details between a UHPFRC ribbed slab and steel girders for a new composite bridge deck type”, Int. Symp. 8HSC-HPC, October, Tokyo (Japan), paper S3-3-1, 885-892..

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