PRÉSENTATION DES PREMIERS RÉSULTATSDE L’EXPÉRIMENTATION DE LA POUTREDU VIPP DE CLERVAL

Résumé

Le projet d’expérimentation de la poutre de Clerval prévoit desolliciter la poutre en flexion trois points en alternant des phasesde renforcement par matériaux composites collés et des phasesd’essais de chargement. Ces essais de chargement ont été menésen 2014, jusqu’à la rupture de la poutre en flexion. Ils ontnécessité la construction fin 2013 au DL Autun d’une plateformede chargement constituée d’une longrine en béton armé réaliséedans le sol, de 35 m de longueur pour une largeur en partiesupérieure de 2 m, et de micro-pieux, de capacité de chargementsupérieure à 300 tonnes.Préalablement aux essais de chargement, ont été menées desinvestigations ayant pour objectifs de caractériser le béton de lapoutre, de préciser le tracé des câbles de précontrainte,d’apprécier la qualité de l’injection des conduits et d’estimer lestensions résiduelles des câbles. La poutre a fait l’objet d’unrenforcement à la flexion par lamelles pultrudées carbone(procédé LFC de Freyssinet) collées en sous-face du talon,appliquées en deux phases.Lors des essais de chargement à rupture du 30 octobre 2014, il aété nécessaire de gérer 187 points de mesure (déformations dubéton, des fils de précontrainte, des renforts composites collés,ouvertures de fissures, flèches et rotations, températures). Pour yparvenir, ont été utilisées vingt-cinq centrales d’acquisitionPEGASE connectées en WIFI. Le logiciel superviseurSYSADYP, développé par le Laboratoire d’Aix, a permis degérer les données de l’instrumentation avec une fréquenced’acquisition de 10 Hz.La DTer Nord Picardie a installé sur le dessus de la poutre troiscourburemètres, complétés par le prototype de courburemètre« invar » du laboratoire d’Aix.Le laboratoire SMC de l’IFSTTAR a installé:– un système de mesure d’émission acoustique pour détecter etsuivre la fissuration de la poutre pendant les différentes phasesde chargement,– le système de surveillance acoustique CASC2 pour détecter etlocaliser les principaux évènements intervenant lors de larupture de la poutre en flexion.Trois fibres optiques de type Sensornet ont été scellées dans desrainures au niveau de la fibre supérieure de la poutre et du flancdu talon dans une rainure. Pour évaluer le fonctionnement durenforcement par composites collés, plusieurs fibres monomodesrevêtues d’une gaine polyimide ont été installées au niveau desinterfaces de collage.Préalablement à l’essai de chargement à rupture du 30 octobre2014, la poutre a fait l’objet :– d’essais de chargement « de fissuration » avant renforcement,– d’essais de chargement « de fissuration » après chacune desdeux phases de renforcement.Ces essais ont permis de constater que la section pré-fissurée S4réagissait la première, ce qui a conduit à prendre la décision detronçonner les renforts de première phase au droit de la secondesection pré-fissurée S2.Au cours des essais de chargement à rupture, on a pu observer ledéveloppement de nouvelles fissures : – réseau de fissures sur l’âme de la poutre, inclinées et remontantvers le point d’application de la force ou verticales,– fissuration horizontale du béton d’enrobage de la nappeinférieure de câbles de précontrainte en talon de poutre, entre– fissuration horizontale du béton d’enrobage de la nappeinférieure de câbles de précontrainte en talon de poutre, entreles sections S2 et S4,– fissuration longitudinale visible en sous-face de talon de poutreentre les paquets de lamelles. La rupture en flexion observée de la poutre a eu lieu en troisphases successives :1. première rupture des renforts composites collés latéraux de lapremière phase de renforcement par délamination du bétond’enrobage des câbles de précontrainte entre les sections S2 etS4 : force maximale = 614 KN (par la suite, l’effort mobilisépour le chargement n’a cessé de décroître), flèche maximale =20 cm ;2. seconde rupture des renforts composites collés, notammentrenforts centraux de la seconde phase de renforcement, pardélamination du béton d’enrobage des câbles de précontrainteou décollement des renforts centraux ;3. rupture définitive de la poutre en section S2 pour une flèchemaximale de 40 cm : fracture verticale remontant dans la tablesupérieure à quelques centimètres seulement de la fibresupérieure.Différentes modélisations ont été effectuées dans le cadre decette opération. Les études préparatoires, pour le fonctionnement en flexion et aucisaillement de la poutre, ont consisté en une approche ultime dufonctionnement des sections transversales.Dans un deuxième temps, des calculs prédictifs ont été menéspour préparer les chargements en flexion : modélisations simplesen flexion 3 points (modèle à barres – ST1).L’équipe projet travaille encore à l’exploitation des résultats desmesures et à la confrontation avec les prévisions de calculs plusévolués, cependant plusieurs éléments « remarquables » ont étéévolués, cependant plusieurs éléments « remarquables » ont étémis en évidence :– rôle favorable des renforts composites collés sur l’ouverturedes fissures et le contrôle de la fissuration ;– les instrumentations mises en oeuvre sur la poutre secomplètent, se recoupent et permettent de mettre en évidenceles changements de comportement des sections et de la poutre« charnières » ;– malgré les auscultations nombreuses réalisées, toutes lesprévisions des calculs se sont révélées optimistes ;– il aura cependant fallu une flèche 20 cm pour atteindre lacapacité maximale de la poutre ;– les renforts composites ont augmenté la résistance à la ruptureen flexion de la poutre de béton précontraint endommagée.