Projet de recherche NO/B/011 (Action de recherche NO)
Contexte
De 1952 à 1993, les ponts-route belges ont été dimensionnés sur base de la norme NBN 5, avec un véhicule type repris d'une réglementation de 1926. Par nos recherches antérieures, nous savions que les sollicitations produites par les charges définies dans cette norme peuvent être 2 à 3 fois plus faibles que celles produites par le trafic routier actuel. Dès lors, la question de la fiabilité et de la durabilité des ponts existants se posait pour les gestionnaires des ouvrages d'art belges.
L'Eurocode, "Actions du trafic sur les ponts", dont le projet ENV 1991-3 a été publié par le CEN en 1994, et à la rédaction duquel nous avons participé activement, a été étalonné sur des mesures de trafics autoroutiers européens. On peut donc admettre que les modèles de charges définis dans cette norme sont représentatifs des charges réelles.
Le projet
Le projet visait à développer en Belgique des capacités méthodologiques pour concevoir ou réévaluer les ponts- route sur base des pré-normes européennes et de leurs Documents d'Application National en cours d'élaboration (DAN), en tenant compte des conditions réelles de trafic, afin d'optimiser la normalisation européenne définitive en voie d'élaboration. Plus précisément, la recherche devait vérifier l'applicabilité des projets de normes CEN et la fiabilité des ponts par l'étude détaillée de ponts existants. En outre, des essais avaient été programmés pour étudier la résistance des dalles soumises à l'action directe des roues des camions.
Les ponts qui ont été recalculés ont été choisis en concertation avec tous les partenaires, de façon à obtenir un maximum d'informations sur les éléments les plus fragilisés par les charges du trafic actuel. Ainsi quatre ponts cadre en béton armé ont été choisis de façon à obtenir des informations pour des portées de 5 à 12 m, en présence ou non d'un remblai et en présence ou non d'un biais. Les deux ponts à poutres multiples en béton précontraint étudiés ont permis de connaître la résistance des poutres, des entretoises et des dalles dont la portée est comprise entre 2,20 m et 3,40 m. Les trois ponts métalliques étudiés ont permis de vérifier la résistance des tabliers en dalle orthotrope, avec raidisseurs en té ou en auget, supportés par des poutres de petite portée en té et de grande portée en caisson.
Les essais en laboratoire sur dalles en vraie grandeur ont permis de mettre en évidence les conditions de collaboration du revêtement asphaltique sur la résistance à la flexion des dalles des ponts-route. L'essai sur une grande dalle a mis en évidence les sollicitations maximales se produisant dans les armatures principales et dans les armatures de répartition.
Les partenaires
Le travail a été répartit entre les partenaires comme suit :
- Université de Liège, Service Ponts et Charpentes (A. Bruls, S. Barlet): Etudes des ponts cadres et des ponts à poutres multiples et coordination.
- Universiteit Gent - Laboratorium Magnel voor Beton onderzoek (L. Taerwe, P. Thomas, L. Poppe): Essais en laboratoire
- Universiteit Gent - Afdeling Weg - en Waterbouwkunde (Ph. Van Bogaert, I. Hemerijck): Etudes des ponts métalliques
Les travaux ont été supervisés par un comité d'accompagnement.
Produits et résultats attendus
Les études de cas ont montré que la résistance ultime (ULS) pose peu de problèmes dans les ponts cadres, les ponts à poutres multiples et les ponts métalliques avec dalle orthotrope. La résistance à la fatigue concerne certains détails bien identifiés des dalles orthotropes.
Les ponts cadres droits ne posent pas de problème lorsqu'ils ont été calculés suivant les anciennes règles en vigueur : ils satisfont au classement le plus sévère prévu par le DAN de l'ENV 1991-3. Une méthode simplifiée de calcul a été proposée pour tenir compte des charges différentes à appliquer par voie de circulation, telles que prévues dans l'ENV 1991-3. Dans les ponts cadres présentant un biais important, l'étude a mis en évidence des sollicitations importantes résultant de la poussée dissymétrique des terres. Dans les ponts à poutres multiples, les calculs ont mis en évidence un problème de résistance ultime et de durée de vie des armatures de répartition des dalles de ces ponts, surtout lorsque leur section est inférieure à 25% de la section des armatures principales.
Les essais ont montré que le revêtement asphaltique donnait une contribution négligeable à la résistance des dalles. Par contre, l'essai de fatigue sur une grande dalle a montré que les sollicitations réelles maximales des armatures principales et des armatures de répartition, qui se produisent au droit des charges ponctuelles, sont nettement inférieures aux valeurs calculées par éléments finis, élastiques, linéaires, isotropes à 2 dimensions. Finalement, la résistance réelle des dalles des ponts en service est satisfaisante malgré la prise en compte pour le dimensionnement de charges nettement inférieures aux charges réelles.
L'analyse par éléments finis des ponts métalliques, a montré que leur résistance ultime satisfait aussi à la classe 1, la plus sévère, alors la résistance à la fatigue n'est pas illimitée pour certains détails où les sollicitations prépondérantes résultent des charges du trafic routier.
En outre, les travaux ont permis de finaliser les Documents d'Application National des Eurocodes relatifs aux charges du trafic routier (ENV 1991-3) et aux calculs des ponts en béton (ENV 1992-2) et des ponts en acier (ENV 1993-2).
Méthodologie de conception et d'évaluation des ponts-route sous trafics réels : rapport final
Bruxelles : Politique scientifique fédérale, 2003 (SP1172)
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