Pont sur la rivière Esinante
À propos du projet
Le pont est composé de neuf poutres en béton précontraint, chacune atteignant des portées allant jusqu'à 34 m, supportées par des selles Gerber encastrées dans le pilier central. Chaque selle Gerber est formée d'une section cinq par trois et comporte un pilier en béton octogonal positionné en son centre, créant ensemble une robuste région D pour le transfert des efforts de cisaillement et des forces d'appui. Ces selles acheminent les charges des poutres vers la sous-structure du pilier, ce qui en fait des composants indispensables dans le cheminement global des charges.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Layout of the Gerber saddle}}}\]
Les charges appliquées, déduites du modèle du tablier, varient de 671 kN à 1039 kN, avec une charge concentrée équivalente de 550 kN utilisée dans l'analyse. La selle a une épaisseur de 50 cm et est alignée avec la nervure transversale du chevêtre. La structure est en béton armé et a été évaluée à l'aide d'une modélisation avancée par éléments finis non linéaires, combinée à la CSFM (Méthode du Champ de Contraintes Compatible) pour les régions D.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Section of the gerber saddle}}}\]
Défis d'ingénierie
Le principal défi consistait à évaluer la capacité portante des selles Gerber dans des conditions intactes et dégradées. Ces éléments présentent des distributions de contraintes complexes en raison des discontinuités et des charges concentrées, et les codes de calcul conventionnels offrent une guidance limitée pour de tels cas. Cela a nécessité des approches numériques avancées pour reproduire le comportement réel de la structure.
Un autre problème critique était la présence de dégradations induites par la corrosion, favorisées par la contamination aux chlorures provenant des sels de déverglaçage. La corrosion affecte les sections transversales du ferraillage, la résistance d'adhérence et l'intégrité du béton, réduisant la résistance et la ductilité de la structure au fil du temps. La prédiction de la marge de sécurité à long terme dans des scénarios de détérioration progressive, sans données de terrain directes sur les taux de corrosion, a ajouté une complexité supplémentaire à l'analyse.
Solutions et résultats
Pour surmonter ces défis, l'ingénieur a adopté une approche multi-phases. Dans la première phase, un modèle MEF non linéaire détaillé a été développé pour reproduire le comportement de la selle sous les charges d'exploitation.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the FEM analysis}}}\]
L'analyse a fourni une courbe de capacité indiquant une résistance maximale de 914 kN, donnant un coefficient de sécurité global de 1,66, bien au-dessus du seuil requis. Le mécanisme de rupture impliquait une fissuration généralisée, un écrasement du béton et une instabilité locale des barres de ferraillage à proximité de l'encastrement du porte-à-faux.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Capacity curve derived from the FEM analysis}}}\]
Dans la deuxième phase, une modélisation des scénarios de corrosion a été réalisée à l'aide de modèles de dégradation validés issus de la littérature scientifique. Les simulations ont pris en compte des taux de perte de masse allant de 5 % à 30 %. Jusqu'à 15 % de corrosion, les coefficients de sécurité sont restés acceptables, avec 1,28 pour l'acier et 1,63 pour le béton. Au-delà de ce seuil, des réductions significatives de la ductilité et de la résistance d'adhérence ont conduit à des ruptures fragiles prématurées, notamment dans la zone de la selle.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Corosion scenario used for advanced analysis}}}\]
À 30 % de corrosion, les taux de déformation dans l'acier ont augmenté de façon spectaculaire, indiquant une vulnérabilité structurelle sévère. La Méthode du Champ de Contraintes Compatible (CSFM) dans IDEA StatiCa Detail a été appliquée pour les régions D, confirmant les résultats MEF et soulignant l'importance de prendre en compte les effets de glissement d'adhérence sous corrosion.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Results of the CSFM analysis in IDEA StatiCa Detail - ULS and SLS, crack width}}}\]
Conclusions
L'étude a conclu que, bien que le pont présente actuellement des marges de sécurité satisfaisantes, ses performances à long terme dépendent du contrôle de la corrosion et de la mise en œuvre d'interventions en temps opportun. Les recommandations incluaient une surveillance périodique et une maintenance préventive pour limiter la progression de la corrosion en dessous des seuils critiques.
L'analyse a démontré que la modélisation non linéaire avancée est indispensable pour évaluer des éléments structurels complexes tels que les selles Gerber, en particulier dans des scénarios de dégradation. Ce cas souligne la nécessité d'intégrer des modèles de durabilité dans les évaluations structurelles afin d'assurer la résilience face aux agents environnementaux agressifs.
À propos de l'ing. Francesco Oliveto
Francesco Oliveto est un expert-conseil et un cabinet spécialisé dans la modélisation et l'analyse numériques avancées dans les domaines structurel et géotechnique.
La société fournit des services d'analyse structurelle et géotechnique avancés, avec une solide expertise dans l'évaluation sismique des bâtiments existants, y compris ceux affectés par des dommages ou une détérioration. Ses travaux couvrent l'interaction sol-structure, la conception des fondations profondes, les techniques d'excavation descendante et ascendante, ainsi que la réponse sismique locale, en utilisant une modélisation numérique de pointe (MEF, CSFM).