À propos du projet
Le projet portait sur la conception et la vérification d'un détail structurel en béton armé faisant partie d'un système d'infrastructure plus large.
Le viaduc (construit entre 1974 et 1977) est composé de poutres-caissons précontraintes (portées allant de 26,5 à 38 mètres) avec de massives entretoises précontraintes enjambant les piles. Ces piles seront remplacées par sections durant les travaux. Pour ce faire, le viaduc est soulevé à l'aide d'un système d'étaiement provisoire (massives poutres métalliques soudées sur des tours d'échafaudage) et de vérins hydrauliques. Les piles existantes sont déchargées et démontées, après quoi de nouvelles piles plus longues sont construites afin que le terrain puisse être abaissé.
Disposition originale
Nouvelle disposition
Vue isométrique et coupe transversale de l'étaiement provisoire (extrait du plan : Frutiger AG)
La structure était soumise à des efforts concentrés importants, entraînant des distributions de contraintes complexes dans le volume de béton. Les éléments en béton ont été dimensionnés conformément à l'Eurocode 2, avec une attention particulière portée aux points suivants :
- Zones d'introduction locale des efforts
- Ancrage et transfert des charges entre les composants structurels
- Disposition du ferraillage dans les régions D
En raison de la géométrie et des conditions de chargement, le comportement structurel ne pouvait pas être décrit à l'aide de la théorie simple des poutres. Une compréhension du flux des efforts basée sur le modèle Bielle-et-tirant était nécessaire pour s'assurer que les bielles comprimées en béton et les tirants en ferraillage étaient correctement dimensionnés.
Coupe transversale de la poutre du pont montrant une comparaison de la distribution des efforts dans la structure existante (en haut) et en cours de construction (en bas)
Défis techniques
L'un des principaux défis du projet était la vérification des états de contraintes complexes dans le béton armé, notamment dans les régions où :
- Les efforts étaient introduits sur des zones relativement réduites
- Plusieurs chemins de charge interagissent dans un volume de béton limité
- La congestion du ferraillage posait des problèmes potentiels de constructibilité
Les approches de dimensionnement traditionnelles basées sur des modèles Bielle-et-tirant simplifiés ont fourni une compréhension conceptuelle initiale, mais elles manquaient de la précision nécessaire pour la vérification finale. Le développement manuel de modèles Bielle-et-tirant affinés aurait été extrêmement chronophage et sujet à des hypothèses conservatives, pouvant conduire à des dispositions de ferraillage inefficaces.
Un autre enjeu critique était la nécessité de démontrer clairement la conformité aux exigences de l'Eurocode. Compte tenu de l'importance de la structure, le dimensionnement devait être transparent, traçable et facilement vérifiable par toutes les parties prenantes du projet.
Solutions et résultats
Pour surmonter ces défis, EMCH+BERGER AG Bern a mis en œuvre IDEA StatiCa Detail, en utilisant le CSFM (Compatible Stress Field Method) pour analyser le comportement réel du détail en béton armé.
Cette approche a permis aux ingénieurs de :
- Modéliser la géométrie exacte de l'élément en béton
- Appliquer des combinaisons de charges réalistes directement au modèle
- Définir des dispositions de ferraillage tenant compte des contraintes pratiques de construction
Au lieu de s'appuyer sur des chemins de forces idéalisés, l'analyse par éléments finis a fourni une visualisation claire des éléments suivants :
- Trajectoires des contraintes principales de compression dans le béton
- Taux de travail des barres de ferraillage individuelles
- Largeurs de fissures et niveaux de contraintes aux états limites de service et ultimes
Cela a permis d'affiner de manière itérative la disposition du ferraillage, aboutissant à un dimensionnement à la fois structurellement efficace et constructible. Les régions critiques ont pu être renforcées précisément là où cela était nécessaire, sans sur-ferraillage inutile ailleurs.
Le logiciel a également généré des résultats clairs et complets, incluant des vérifications du taux de travail et des représentations graphiques des contraintes, ce qui a considérablement simplifié le processus de vérification et la communication avec les vérificateurs.
Conclusion
En utilisant IDEA StatiCa Detail, EMCH+BERGER AG Bern a pu dépasser les hypothèses de dimensionnement simplifiées et fonder les décisions critiques sur une représentation réaliste du comportement structurel. La méthode a permis d'avoir confiance dans la sécurité et la performance du détail en béton, tout en maintenant un dimensionnement efficace et économique.
Ce projet démontre comment des outils numériques avancés peuvent aider les ingénieurs à relever des défis complexes en béton armé, notamment dans les projets d'infrastructure où la précision, la transparence et la conformité aux normes sont essentielles.
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