Designing and Building with UHPFRC : State of the Art and Development

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SEANCE INTRODUCTIVE

Mouloud.BEHLOUL LAFARGE Gérard BIRELLI E.D.F. Thierry THIBAUX EIFFAGE TP (Partie T. THIBAUX – EIFFAGE TRAVAUX PUBLICS)

HISTORIQUE DES BFUP ET REALISATIONS MARQUANTES Depuis le premier projet réalisé en France en Béton Fibré à Ultra Hautes Performances (BFUP), à savoir la rénovation des réfrigérants de la centrale nucléaire de Cattenom (1997-2002), plus de dix années de recherche-développement et de réalisations notables se sont écoulées pendant lesquelles les différents acteurs du marché (entreprises, laboratoires, organismes publics, fournisseurs de matériaux et adjuvants) ont maintenant capitalisé une précieuse expérience. Parmi ceux-ci le Groupe EIFFAGE a mené une démarche originale de développement autour du BSI® et réalisé un grand nombre de projets tant dans le domaine structurel que dans le domaine architectural. Dès les premières études de faisabilité le Groupe s’est défini un Cahier des Charges visant à créer un BFUP bien entendu performant du point de vue mécanique mais également polyvalent et simple d’utilisation pour le personnel de l’entreprise. Les critères étaient les suivants : - Résistance à la compression supérieure à 150 Mpa extensible à 180 Mpa - Simplicité du dosage et malaxage par l’utilisation d’un PREMIX (pré-mélange à sec préparé en usine) - Simplicité d’utilisation par son caractère autoplaçant et l’absence de traitement thermique Ces recherches ont donné naissance au BSI® (appelé ensuite BSI/CERACEM) lors de la collaboration avec la Société SIKA. 1. PREMIERES APPLICATIONS STRUCTURELLES DANS LES CENTRALES NUCLEAIRES EDF Sur le site de Cattenom, 800 poutrelles et 90 poutres en BSI ont été préfabriquées puis mises en place dans de très courtes campagnes de pose à la faveur des arrêts de tranche nucléaire programmés de manière très restrictive [Réf. 1].

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Les poutrelles précontraintes par fils adhérents étaient retenues pour leur légèreté (poids divisé par 3 par rapport à la structure d’origine) et leur durabilité dans un milieu agressif soumis aux cycles de gel-dégel. Il s’agissait cependant de structures totalement préfabriquées en usine et travaillant essentiellement en compression et dans lesquelles le fibrage reprenait les efforts secondaires et les efforts locaux de diffusion de précontrainte. Aussi pendant la préfabrication des poutres de Cattenom, une autre structure en BFUP fut construite sur le site de la centrale nucléaire de Civaux. 4 poutraisons en BSI® coulé en place furent réalisées à partir cette fois d’une centrale à béton classique située à plusieurs kilomètres du chantier avec transport par camion-toupie. Dans ces poutraisons la flexion longitudinale en service était reprise en grande partie par la matrice fibrée. De plus le caractère autoplaçant du BFUP autorisait l’incorporation de corbeaux latéraux dans la même séquence de construction.

2. LES PONTS ROUTIERS DE BOURG-LES-VALENCE Ces premiers résultats encourageants ont été poursuivis par la construction des ponts de Bourg-Les-Valence, premiers ouvrages routiers en BFUP construits au monde. Les nombreux contrôles et essais menés au cours de ce projet ont servi de base pour l’élaboration des Recommandations Françaises de calcul des BFUP [Réf. 2] et élaborées par un Groupe de Travail créé dès 1998. Dans ces ouvrages la flexion transversale du tablier est reprise uniquement par le matériau fibré. Les joints entre poutres préfabriqués sont coulés en place à partir de BFUP coulé en centrale à béton classique (photo 1). A noter que la forme générale de l’ouvrage ne se différencie pas fondamentalement d’un pont en béton armé car il s’agissait dans un premier temps de faire valider le comportement d’un nouveau matériau avant de proposer des formes inédites [Réf. 3]. Les entreprises disposant alors d’un document de base, certes provisoire et imparfait, pouvaient alors proposer des solutions réellement innovantes en BFUP et en faire approuver la conception par les organismes de contrôles.

Photo n° 1 – Bourg-Les-Valence - Vue Générale de l’Ouvrage OA6

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3. LA COUVERTURE DU PEAGE DU VIADUC DE MILLAU Pour le Groupe EIFFAGE la construction du Viaduc de Millau fut l’occasion de tester le BSI® dans des formes inédites en confiant le projet de la couverture du péage à l’architecte Michel HERBERT (photo 2). La surface hélicoïdale de la coque de 2 800 m² qui survole les cabines de péage est obtenue par assemblage de 53 voussoirs, ne comportant aucune armature, coulés dans un moule unique [Réf. 4]. Ici le fonctionnement du matériau fibré est poussé beaucoup plus loin puisque les efforts transversaux sur les 28 m de largeur de la coque ne sont repris ni par précontrainte ni par des armatures conventionnelles. Seule une précontrainte centrée assure le fonctionnement longitudinal entre appuis. Il faut d’ailleurs souligner le fonctionnement complexe de la structure associant fonctionnement en poutre et en membrane engendrant des zones de BFUP soumis à de la traction pure. La construction d’un voussoir, pourtant de dimensions exceptionnelles (225 m² de surface à coffrer), ne requiert qu’une journée de préparation car le fibrage supprime la mise en place des cages d’armatures. Celles-ci étaient de toute manière exclues vu le vrillage des surfaces. A ce propos, on peut imaginer les gains potentiels de productivité lorsque cette technique sera transposée pour la construction de voussoirs de ponts classiques selon la méthode de l’encorbellement coulé en place à l’aide d’un équipage mobile.

Photo 2 – Péage de Millau

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4. LE PONT CANAL DE LA LGV EST (LOT 18) – [Réf. 5] Cet ouvrage marque une évolution importante dans le développement des projets en BFUP car le choix de la solution n’est pas fixé à priori par une action volontariste de recherche-développement ni lors d’un exercice architectural mais par le gain économique assorti d’une simplification technique (photo 3). Le long de la ligne ferroviaire à grande vitesse Est, un aqueduc de 27 m de portée devait franchir le canal de l’Ourcq. La solution classique en béton armé, d’un poids de 140 Tonnes nécessitait la mise en place délicate d’un cintre au-dessus du canal pour couler la structure en place. Après étude comparative il a été proposé à Réseau Ferré de France de réaliser cet ouvrage en BSI® ce qui divisait le poids par 3 (ramené à 42 T) et permettait la mise en place de l’ensemble à la grue mobile. D’autre part, les caractéristiques d’étanchéité et de résistance à l’abrasion du BSI ont permis d’économiser le revêtement en résine prévu à l’origine.

Photo 3 - Pont canal en BSI® - LGV Est - Lot 18

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5. UNE NOUVELLE CONCEPTION DE POUTRES PREFABRIQUEES : LA POUTRE ITE® La poutre ITE® est un nouvel élément porteur préfabriqué en forme de T inversé permettant de réaliser des tabliers ultra-minces de 20 à 30 m de portée jusqu’alors réalisés en poutrelles enrobées [Voir Session 3 – Colloque BFUP Marseille 2009 – La poutre ITE, une alternative économique et durable aux poutrelles enrobées].

Poutre ITE® Le principe de conception est simple : - Le volume du talon de la poutre est déterminé pour enrober les torons de précontrainte reprenant les efforts de flexion - Le talon est surmonté d’une âme d’épaisseur minimale (7 cm ou plus) reprenant les efforts de cisaillement Mais surtout la juxtaposition des talons permet de compléter les travaux en toute sécurité et de réaliser un gain de plus de 40% sur le poids propre [Réf. 6]. (Photo 4).

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Photo 4 : Pont Pinel - Pose des poutres 6. APPLICATIONS ARCHITECTONIQUES Eléments décoratifs, panneaux de façade, mobilier urbain, les exemples de réalisation sont nombreux, certains se distinguant par leur élégance, leur finesse ou leur originalité. On peut citer les résilles de BSI® dessinées par Rudy RICIOTTI pour les Grands Moulins de Paris puis pour le cinéma "Les enfants du Paradis" à Chartres (France) – Photo 5 - ou encore la "Folly de Sonnestraal" (Photo 6), délicat auvent en BSI dédié à la mémoire d’un architecte néerlandais visionnaire des années 1920.

Photo 5 - Résilles de BSI – Cinéma "Les Enfants du Paradis" – Rudy RICIOTTI

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Photo 6 - La Folly de Sonnestraal (Pays-Bas) 7. APPLICATIONS STRUCTURELLES EN BATIMENT D’abord orientée vers le génie civil et les ouvrages d’art, les BFUP ont pu montrer ensuite leur intérêt pour le bâtiment neuf ou la transformation de structures existantes. Pour cela, 2 difficultés devaient être surmontées : 1) Convaincre les maîtres d’ouvrage, les bureaux de contrôle et les assureurs qui sont différents de ceux des ouvrages d’art et obéissent à d’autres documents techniques. 2) Démontrer le bon comportement au feu des BFUP après plusieurs années d’interrogations sur celui des bétons hautes performances classiques. Le premier projet structurel réalisé en France est la transformation du Siège de Gécina – rue Volney à Paris où près de 100 poteaux en BSI ont été installés (Photo 7). De dimensions réduites (120 mm x 300 mm) ils reprennent des charges importantes jusqu’à 100 T en service et remplacent des poteaux métalliques de forte épaisseur qui devaient être associés à une protection thermique.

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Photo 7 – Rue Volney – Hall GECINA 8. APPLICATIONS EN REPARATION/RENFORCEMENT D’OUVRAGES Le renforcement structurel à l’aide de BFUP est en plein développement et vient s’ajouter aux autres matériaux et procédés de réparation existants. Il devient même parfois la seule solution envisageable alors que les autres ont atteint leur limite d’application. Dans ce domaine de la réparation/renforcement les BFUP deviennent une technique à part entière avec des qualités spécifiques qui ne sont pas toujours réunies dans les procédés antérieurs. [Voir article détaillé - Session du 18 novembre 2009 – Colloque BFUP Marseille 2009 –"Renforcement structurel de bâtiment et d’ouvrages de génie civil au moyen de BFUP "].

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REFERENCES Réf. 1 - FIB Congress Amsterdam 1998 French Technology of concrete Un nouveau béton hautes performances : le BSI G. BIRELLI/G. CADORET/F. DUTALLOIR/T. THIBAUX Réf. 2 - Recommandations BFUP 2002 AFGC – SETRA Réf. 3 - Revue "TRAVAUX" n° 783 – Février 2002 – Ouvrages Innovants de Bourg-les-Valence p. 42 à 47 – MM. Z. HAJAR/A. SIMON/T. THIBAUX Réf. 4 - Revue " TRAVAUX " n° 816 – Février 2005 – N° spécial – Viaduc de Millau p. 77 à 80 – MM. J.M. DOLO/Z. HAJAR/A. SIMON/T. THIBAUX Réf. 5 – Revue " TRAVAUX " n° 821- Juillet-Août 2005 – p. 31 à 34 "La Recherche sur les BFUP – vers un nouveau mode de construction" T. THIBAUX Réf. 6 - FIB Symposium - AMSTERDAM 2008 – Proceedings p. 243 "UHPFRC prestressed beams as an alternative to composite steel-concrete decks" T. THIBAUX