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PASSERELLE PIÉTONNE TORRENTE ALENTA (BN)L’intervention de restauration d’un pont en béton armé au-dessus du torrent ‘Alenta’ dans la commune de Ponte (province de Benevento), qui était devenu inutilisable à cause des précipitations exceptionnelles du mois d’octobre 2015, a permis de réaliser une passerelle piétonne en matériau composite adjacente au pont, pour le passage de canalisations.L’onde de crue provoquée par les pluies exceptionnelles avait abimé le pont et les infrastructures qui y était fixées, entrainant la nécessité d’une intervention en urgence de la Municipalité.Dans le cadre de la réfection des infrastructures abimées, il a été prévu, en plus des travaux de remise en état du pont pour le passage des véhicules, de réaliser une structure avec des profilés pultrudés en G.F.R.P. (Glass Fiber Reinforced Polymers), placée parallèlement à la travée du pont, pour le passage des canalisations (aqueduc, gaz et eaux usées) et pour pourvoir exécuter leur entretien en toute sécurité.Le matériau pultrudé a été choisi pour des raisons de légèreté et de réduction des charges agissant sur la structure, ainsi que pour sa grande résistance à la corrosion, aux agents atmosphériques et aux rayons UV, déterminant une durée de vie plus longue et une meilleure efficacité de l’intervention.La structure de la passerelle, composée de deux poutres en treillis fabriquées avec des profilés pultrudés en GFRP (Glass Fiber Reinforced Polymers), a été conçue en collaboration avec Fibre Net, pour être ensuite réalisée dans l’atelier de production et entièrement montée en usine pour effectuer le test d’essai. Une fois les tests exécutés en collaboration avec le Département d’ingénierie et d’architecture de l’Université de Trieste terminés, la structure en treillis a été démontée en trois parties et transportée jusqu’au chantier pour le montage final et la mise en place.

FICHE CHANTIER

OBJETCLIENT RESP. UNIQUE DU PROCÉDÉCONCEPTEUR ASSISTANCE À LA CONCEPTION STRUCTURELLE RÉALISATION PASSERELLE EN GFRP DATES

Remise en état du pont au-dessus du torrent AlentaMunicipalité de Ponte (BN)Ing. Giovanna ColangeloIng. Annamaria ZottiIng. Allen Dudine, Fibre Net S.r.l.Fibre Net S.p.A., Udine2017-2018

La passerelle en projet avec indication de son positionnement à côté du pont existant.

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PROJETLa nécessité d’une structure légère et durable a poussé les concepteurs à choisir d’utiliser le matériau pultrudé GFRP, fabriqué avec des fibres continues en verre et de la résine, grâce à un processus industriel permettant d’obtenir des éléments monodimensionnels avec des formes géométriques très semblables à celles de la métallerie traditionnelle, mais avec un poids spécifique très inférieur à celui de l’acier et une très grande résistance aux agents atmosphériques et corrosifs. La réduction importante des charges sur les culées, par rapport à l’utilisation d’une structure en métal, a permis une simplification du projet et surtout, l’utilisation d’engins de levage de faible capacité de charge et donc, de dimensions réduites, pour la manipulation et la pose en chantier de la structure. Ces conditions étaient nécessaires, vus les espaces de manœuvre extrêmement réduits du chantier.Enfin, n’étant pas nécessaire que la structure soit amagnétique, les jonctions entre les profilés ont été dimensionnées en utilisant des plaques et des raccords boulonnés réalisés en acier.

La modélisation de la structure, de type tridimensionnelle, utilise des éléments monodimensionnels de type beam pour les poutres en treillis ainsi que des éléments bidimensionnels de type shell pour la modélisation du plancher en caillebotis.

Le plancher en caillebotis a été modélisé en tant qu’élément de type shell pour une meilleure répartition des charges horizontales et gravitationnelles sur les élément structuraux composant l’ossature porteuse des poutres en treillis. Les éléments horizontaux et verticaux en profilés pultrudés ont été insérés en tant qu’éléments monodimensionnels de type beam.La valeur de la masse structurelles pour le calcul des périodes de vibration de la structure a été introduite sur la base de la masse des éléments structuraux principaux, calculée automatiquement par le programme, en tenant compte des charges permanentes supportées et d’un taux de charges accidentelles.Les constraints de plan de type diaphragm, dont la fonction aurait été de lier les mouvements horizontaux des nœuds présents sur le même plan, n’ont volontairement pas été introduits.Un renfort rigide a été inséré au niveau des appuis, afin de simuler la présence de la plaque en acier à la base et permettre ainsi la rotation aussi bien en phase de projet que dans la phase d’essai, tandis que la continuité des barres au moyen du nœud, le cas échéant, a été maintenue, conformément à ce que prévoyait le projet.

Modèle numérique du projet, détail des appuis

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Modèle numérique extrudé d’essai (1) Modèle numérique extrudé d’essai (2)

Modèle numérique extrudé d’essai (3)

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En ce qui concerne la conception des éléments structuraux, les charges ont été définies de façon à obtenir, sur les profilés composant la structure en treillis, des sollicitations distinctes (action axiale, cisaillement, moment de flexion) afin de déterminer leur capacité portante ainsi que les sollicitations au niveau des pieux de fondation, dont la réalisation a été achevée avant les phases de déplacement et de pose en chantier de la structure en treillis, dans des temps permettant une éventuelle consolidation et un éventuel tassement au niveau des plots de fondation avant de compléter l’œuvre.

Les charges pesant sur les structures principales ont été insérées en fonction de l’emplacement de l’œuvre et des critères définis au sens des normes NTC 2008 et de la circulaire ministérielle n° 617/2009.Dans la phase de conception enfin, la définition des profilés nécessaires à la création de la structure porteuse s’est faite en utilisant les formules de dimensionnement et de vérification conformes au document technique de référence CNR-DT 205/2007 « Instructions pour la conception, la réalisation et le contrôle de structures réalisées avec des profilés pultrudés en matériau composite renforcé de fibres (FRP) », au moyen d’une analyse numérique simplifiée, comme pour la conception d’une charpente ordinaire.

Diagramme des sollicitations axiales en fonction de la combinaison de charges

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STRUCTURELa passerelle est constituée d’une structure en treillis à une seule travée, d’une portée de 28.700 mm. Elle est composée en particulier de deux poutres en treillis parallèles (de type « Warren ») de 1600 mm de hauteur, disposées à une distance de 1000 mm et reliées par des traverses de raccordement et des câbles diagonaux.La structure en treillis est réalisée grâce à l’assemblage de profilés pultrudés en matériau composite G.F.R.P. avec des raccords boulonnés et des plaques en acier. À la base des montants d’extrémité sont présentes des plaques métalliques d’ancrage qui, en chantier, ont été fixées à des plots de fondation en béton armé au moyen de tirefonds en acier.Les éléments composant les membrures inférieures et supérieures et les montants d’extrémité sont obtenus en unissant des profilés pultrudés C300, tandis que pour les diagonales, on a uni des profilés pultrudés C200. L’inclinaison des diagonales est de 38° par rapport à l’horizontale. En outre, des montants intermédiaires réalisés en tubes métalliques d’un diamètre de 168,3 mm et d’une épaisseur de 10 mm, sont présents (deux de chaque côté), afin d’augmenter la résistance à la torsion et de faciliter les opérations de pose, en garantissant un renfort suffisamment rigide pour la manipulation (la conception de la structure avait également pour but de définir la combinaison de charges relative au levage).Le contreventement est constitué de câbles métalliques en forme de « X » en direction horizontale, et en forme de « V » en direction verticale. À la hauteur de la membrure supérieure sont installés des éléments pultrudés IPE150, qui constituent des lambourdes servant à supporter, une fois la passerelle installée, le plancher en caillebotis G.F.R.P. (qui n’est pas installé dans la phase d’essai, mais est ajouté en chantier).

Schéma de la passerelle : aperçu, vues d’en haut et d’en bas

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MATÉRIAUXStructures en matériau composite renforcé de fibres > Profilés pultrudés en GFRPBéton normal classe C28/35 > Béton armé ordinaire pour les plots de fondationAcier pour charpentes métalliques de classe S275JR > plaques de raccordement et garde-corpsAcier en barres et en treillis > armature pour les plots de fondationBoulons classe 8.8 > boulonnerie pour les jonctions entre les profilés pultrudés

Tous les éléments métalliques ont été réalisés en acier de type S275JR (UNI EN 10027-1:2016) et les jonctions ont été Réalisées au moyen de boulons M16 cl.8.8 (UNI EN 14399-4:2015). Les profilés en matériau composite G.F.R.P. appartiennent eux à la catégorie E23 (UNI EN 13706-3:2003).

ESSAIS DE CHARGELa passerelle en profilés pultrudés a été complètement montée en usine et soumise à un test de charge pour évaluer sa déformabilité en cas de charges verticales.Dans l’optique de la pose effective en chantier, on a procédé, pour l’essai de charge, à l’installation de la passerelle après assemblage sur le sol de trois tronçons en treillis (deux d’extrémité et un central). Les trois éléments ont été placés dans la position prévue à l’aide d’engins de transport et de levage, avant d’être raccordés entre eux, à la hauteur des membrures inférieures et supérieures, au moyen de jonctions boulonnées pourvues d’une plaque métallique intérieure et d’une plaque couvre-joint extérieure en matériau pultrudé. Une fois l’assemblage fini, les boulons des raccords ont été resserrés et les câbles de contreventement ont été installés et tendus.

Schéma de la passerelle : coupe type

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Détail des éléments d’emboitement et de jonction La passerelle montée pour les essais de charge

PRÉPARATION ET ASSEMBLAGE

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À la base des montant d’extrémité de la passerelle sont présentes des plaques métalliques d’ancrage qui, dans la phase de pose en chantier, ont été fixées par des tirefonds aux plots de fondation préparées en chantier.En condition d’essai, les deux bases d’appui de la passerelle ont été réalisées en plaçant deux blocs en béton (1000x1000x1000 mm3) l’un près de l’autre sur le sol en béton du laboratoire d’essai. Un socle en mortier de ciment (d’une épaisseur de 30-40 cm) a ensuite été réalisé pour uniformiser le plan de pose et garantir son horizontalité. Une plaque métallique sur laquelle ont été placés deux cylindres en acier, a ensuite été collée sur le socle avec de la résine époxy. Enfin, la passerelle a été posée sur les deux cylindres en acier, au moyen des plaques métalliques placées à la base des montants d’extrémité.

En phase d’essai, la passerelle a été soumise à des charges verticales sur certains nœuds des membrures supérieures du treillis. Dans le détail, deux essais différents ont été menés, en considérant deux schémas de charge différents.

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ESSAI 1 > application d’une série de charges ponctuelles égales sur les quatre nœuds centraux au niveau des deux membrures supérieures

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ESSAI 2 > application d’une série de charge sur les nœuds déjà testés dans l’ESSAI 1, plus sur deux autres nœuds au niveau de chaque membrure supérieure.

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Pour appliquer les charges sur les quatre nœuds centraux de chaque membrure supérieure, on a utilisé deux vérins hydrauliques à double effet (Hydrafore YG-20300S de 20 tonnes, course 300 mm) raccordés en parallèle. Pour les charges ajoutées dans l’ESSAI 2, on a utilisé des lests (palettes chargées de sacs de mortier).

Détails du système d’application de la charge

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La configuration de l’essai prévoyait l’installation de 14 capteurs de déplacement et de 2 capteurs de pression reliés aux deux unités d’acquisition électronique des données Dewe-43 (unités 8 canaux), reliées à un ordinateur. Il a ainsi été possible de surveiller l’évolution de la déformation de la passerelle dans le temps et en fonction de la charge appliquée.

Déformation de la structure avec point de flèche maximum pour la combinaison de charges utilisée dans l’essai (bending)

Les résultats des deux essais de charge sont résumés dans les deux graphiques qui montrent l’évolution des déplacements (abaissements considérés, par simplicités, avec signe positif) en fonction de la charge verticale totale appliquée par les vérins (elle aussi considérée avec signe positif).

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ESSAI 1: Évolution moyenne des déplacements (lests + vérins) en fonction de la charge appliquée par les vérins uniquement.

ESSAI 2: Évolution moyenne des déplacements (lests + vérins) en fonction de la charge appliquée par les vérins uniquement.

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Les résultats obtenus lors des deux essais ont mis en évidence que la modélisation numérique avait décrit de façon optimale le comportement de la structure et que la conception des nœuds et de l’union des trois tronçons de passerelle a été efficace, puisque la structure s’est comportée de façon similaire à un élément monodimensionnel soumis à des flexions. De plus, les jeux au niveau des trous/boulons (quantifiés comme des déformations résiduelles liées au tassement de la structure) ont été minimes.

TRANSPORT ET MONTAGE EN CHANTIERAprès l’exécution des essais de charge, la structure a été démontée en 3 parties pour le transport jusqu’au chantier pour le montage définitif.Les trois morceaux distincts - « gauche », « central » et « droit » - ont été assemblés en chantier directement sur le pont en béton armé existant, préposé au passage de véhicules, conformément aux prescriptions du « cahier des normes techniques pour le montage de la partie structurelle de l’œuvre » rédigé en phase de conception du projet.À la fin de l’assemblage des trois parties, les plaques stratifiées en matériau composite ont été placées pour unir les profilés pultrudés, en assurant la continuité au niveau de la résistance mécanique, grâce au collage effectué avec une résine spécialement prévue. À la fin du processus de prise de la résine, qui a duré environ 24h, on a complété les raccords boulonnés des profilés pour le support central du plancher en caillebotis et les deux paires de câbles de contreventement restantes ont été positionnées.

La phase de levage et de mise en place de la structure a été effectuée au moyen de câbles et de sangles positionnées en fonction d’un schéma défini auparavant, avec une attention particulière pour éviter des mouvements brusques de l’engin de levage.À la fin de l’opération de pose, et une fois les contrôles de conformité effectués sur les éléments structuraux et sur le degré de tension des câbles de contreventement en acier, nous sommes passés à la fixation et à la fermeture des écrous des tirefonds (qui avaient été préalablement noyés, à l’aide de gabarits adéquats, dans les plots de fondation en béton armé de la structure), en utilisant une clé dynamométrique afin de solidariser la structure aux fondations.

À la fin des phases de pose, les tuyauteries ont été insérées sous le tablier pour permettre le passage des canalisations, conformément au projet et on a procédé à la pose du garde-corps de la passerelle. Les travaux se sont terminés avec la pose du plancher en caillebotis en le fixant aux structures à l’aide de dispositifs de fixation spécialement prévus.

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Phases d’assemblage des trois parties de la passerelle transportées en chantier pour le montage

Phase d’assemblage final de la structure avant sa pose définitive

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Levage et pose en chantier

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Fixation de la structure aux plots de fondation

Article de l’ingénieur Allen DudineBureau technique Fibre Net

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