LA FATIGUE DANS LES PONTS METALLIQUES Rencontre SPWInfrabel

LA FATIGUE DANS LES PONTS METALLIQUES Rencontre SPW-Infrabel du 14 septembre 2016. Alain Degueldre, ir Septembre 2016

Avant-propos. « Cet exposé n’engage que celui qui l’utilise » . Il n’a pas d’autre ambition que de fournir une synthèse des règles en cours actuellement. Il ne sert qu’à mieux comprendre les matériaux. Pour ce qui est des tableaux de valeurs, ils ne sont présents qu’à titre d’exemple, pour illustrer les propos. Ils ne peuvent en aucun cas servir à la décision. Septembre 2016 La maçonnerie (dans ses normes) 2

Table des matières 1. 2. 3. 4. 5. Introduction - Les ponts (métalliques) à Infrabel. La fatigue (théorie et règlementation). La fatigue à Infrabel. Conclusion. Questions/Réponses. La fatigue dans les ponts métalliques. 3

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. 1. Introduction - Les ponts (métalliques) à Infrabel. La fatigue dans les ponts métalliques. 4

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. Les différents types de ponts métalliques : -) Ponts à poutres latérales ou de type « pontprovisoire » . Maîtresse-poutre (en treillis) Entretoise (rivetée ou laminée) Longrine ou longeron (riveté ou laminé) -) Pose directe ou pose ballastée. -) Tablier ouvert ou fermé. La fatigue dans les ponts métalliques. 5

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. La fatigue dans les ponts métalliques. 6

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. La fatigue dans les ponts métalliques. 7

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. Les différents types de ponts métalliques : • La fatigue dans les ponts métalliques. 8

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. Les différents types de ponts métalliques : • La fatigue dans les ponts métalliques. 9

1. Introduction – Les ponts (métalliques) à Infrabel. La fatigue dans les ponts métalliques. 10

2. La fatigue (théorie et règlementation). 2. La fatigue (théorie et règlementation). La fatigue dans les ponts métalliques. 11

2. La fatigue (théorie et règlementation). Le phénomène de fatigue (connu depuis les années 1950) résulte d’un processus de formation et propagation d’une fissure jusque la ruine de la section. Ce phénomène s’observe sous des charges ou des déformations variables (cycliques) bien en-dessous des contraintes admissible de travail. E. L. U. ( « ruine » ) On mutliplie le charges par +- 1, 4 et divise la résistance par 1, 1 à 2, 5. Le théorème statique nous met à l’abri de la ruine même si on n’a pas le schéma statique réel (seulement matériau élastoplastique) La fatigue dans les ponts métalliques. ? E. L. Fatigue ( « ruine » ) - Charges réelles, - Historique de chargement réel, - Effort réel dans les membrures et assemblages, … Pas de recours possible au théorème statique. E. L. S. ( « confort » ) On multiplie les charges par +- 1, 0. - Flèche, - Vibration, (fréquence et acc. ) - Fissuration (béton), Comportement réel de la structure en service. 12

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différents paramètres sont : -) Nombre de cycles (N), -) Variation ou étendue des contraintes (∆σ) (attention au facteur 2 par rapport à l’amplitude A), -) L’état de surface, usinage, concentration de contrainte, soudage … -) Environnement : température, chimie, corrosion, . . -) Qualité des aciers pour les constructions non soudées. Par contre, pas d’influence pour les constructions soudées. Remarque : la traction ou la compression n’intervenaient pas maintenant, il y a des « traces » d’une atténuation possible du phénomène de fatigue en compression moyenne. La fatigue dans les ponts métalliques. 13

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 1) Au niveau des cristaux. 2) La mécanique de la rupture (vitesse de propagation de fissure à partir d’un défaut initial). Ne peut être mené que par du personnel hyperspécialisé. 3) Les courbes de Wöhler. 4) Le calcul du dommage cumulé de (Palmgren) MINER. Méthode de comptage sur histogramme réel des σ. 5) Eurocode 3 (fiches UIC) NBN EN 1993… - Méthode des λ. Peut être mené par des ingénieursgestionnaires. 6) Approche empirique et transmission des connaissances. La fatigue dans les ponts métalliques. 14

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 1) Au niveau des cristaux. σ => ζ dans les cristaux ou entre les cristaux Le démarrage d’une fissure se fait sur une facette à 45 °. L’arrivée de la soudure : La fatigue dans les ponts métalliques. 15

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 2) La mécanique de la rupture (vitesse de propagation de fissure à partir d’un défaut initial). C’est une plastification locale cyclique qui est à l’origine de la fatigue. La fatigue dans les ponts métalliques. 16

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 2) La mécanique de la rupture (vitesse de propagation de fissure à partir d’un défaut initial). C’est une plastification locale cyclique qui est à l’origine de la fatigue. La fatigue dans les ponts métalliques. 17

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 3) Les courbes de Wöhler. La fatigue dans les ponts métalliques. 18

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 3) Les courbes de Whöler. La fatigue dans les ponts métalliques. 19

2. La fatigue (théorie et règlementation). Pour définitivement comprendre ce qu’il se passe, je vous renvoie à l’analogie hydraulique. LE FLUX DES CONTRAINTES La fatigue dans les ponts métalliques. 20

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 4) Le calcul du dommage cumulé de (Palmgren) MINER. Méthodes de comptage sur histogramme réel des σ. La fatigue dans les ponts métalliques. 21

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 4) Le calcul du dommage cumulé de (Palmgren) MINER. Méthodes de comptage sur histogramme réel des σ. La fatigue dans les ponts métalliques. 22

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 5) Eurocode 3 (fiche UIC 778 -1) NBN EN 1993 -1 -9 - Méthode des λ. Il s’agit de méthode pour le dimensionnement de nouveaux ouvrages et non pour l’évaluation de la durée de vie restante d’un ouvrage existant. La fiche UIC 778 -2 R “Recommendations for determining the carrying capacity and fatigue risks of existing metallic railway bridges” est en cours de rédaction…. La fatigue dans les ponts métalliques. 23

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 5) Eurocode 3 (fiche UIC 778 -1) NBN EN 1993 -1 -9 et NBN EN 1993 -2 - Méthode des λ. La fatigue dans les ponts métalliques. 24

2. La fatigue (théorie et règlementation). Les différentes approches sont : 6) Approche empirique et transmission des connaissances. Voir chapitre suivant. Conseil : 1) Centraliser les études avec une ou deux personnes compétentes et qui ne changent pas trop souvent. Au changement de personne, prévoir un temps de transmission de la connaissance. 2) Base de données des problèmes et solutions. 3) Formation du personnel de visite. 4) Prévoir des rencontres entre réseaux avec partage des expériences. … La fatigue dans les ponts métalliques. 25

3. La fatigue à Infrabel. 3. La fatigue à Infrabel. La fatigue dans les ponts métalliques. 26

3. La fatigue à Infrabel. Pour les nouveaux ouvrages. -) Prise en compte du calcul à la fatigue dans la conception de nouveaux ponts (Voir les NBN EN 1990 -1991 -1993 -1994…). -) Ponts mixtes avec une dalle en béton plutôt que des ouvrages à pose directe. Sensibilité moindre à la fatigue et protection contre la corrosion de la structure inférieure. -) Pour les ponts de petites portées, utilisation de ponts en béton précontraints et/ou préfléchi, … La fatigue dans les ponts métalliques. 27

3. La fatigue à Infrabel. Pour les ouvrages existants. -) Création de directive pour les visites d’ouvrage. (Liste de détails de fatigue) -) Recalcul de tous les ponts métalliques avec une visite spécifique éventuelle. Approche empirique et hautement probabiliste. -) Base de données « ouvrages d’art » - Liste des défauts et de leur traitement. ------------------------------------------------) Danger : la peinture peut cacher le démarrage des fissures. -) Danger : les zones fortement rouillées sont aussi les zones les plus perturbées en distribution des contraintes. La fatigue dans les ponts métalliques. 28

3. La fatigue à Infrabel. Pour les ouvrages existants. La fiche UIC 778 -2 R “Recommendations for determining the carrying capacity and fatigue risks of existing metallic railway bridges” est en cours de rédaction…. La fatigue dans les ponts métalliques. 29

3. La fatigue à Infrabel. Exemples. La fatigue dans les ponts métalliques. 30

3. La fatigue à Infrabel. Exemples. Liaison longrine – entretoise. La fatigue dans les ponts métalliques. 31

3. La fatigue à Infrabel. Exemples. La fatigue dans les ponts métalliques. 32

3. La fatigue à Infrabel. Exemples. La fatigue dans les ponts métalliques. 33

3. La fatigue à Infrabel. Exemples. La fatigue dans les ponts métalliques. 34

3. La fatigue à Infrabel. Exemples. La fatigue dans les ponts métalliques. 35

4. Conclusion. 4. Conclusion. • Compétence, humilité, formation continuée, partage, …. La fatigue dans les ponts métalliques. 36

? 5. QUESTIONS FIN La fatigue dans les ponts métalliques. (et merci). 37