Comment la simulation facilite-t-elle l’évaluation et la réhabilitation des ponts ?

Les études par simulation de la capacité portante et de l’état de structures existantes, constituent l'un des principaux domaines d'expertise de la société Geodynardo GmbH, située à Weimar. Par rapport aux modèles d'ingénierie traditionnels couramment utilisés en ingénierie des structures, ces analyses offrent des avantages significatifs. Il est possible d'analyser des structures dans leur intégralité ou des sous-modèles représentatifs. Ceci permet de prendre en compte les interactions entre les différents éléments de structure ainsi que des scénarios de charge dynamiques ou exceptionnels, tels que les séismes, les chocs ou les incendies. La planification et l’exécution de la rénovation ou du renforcement se fait ainsi de manière très ciblée. Deux exemples illustrent cette approche :

Étude de cas : Pont sur la rivière Main à Marktheidenfeld, Allemagne

Pour évaluer de manière réaliste la capacité portante du pont principal de Marktheidenfeld en cas de collision avec un navire, il est essentiel non seulement de tenir compte du comportement structurel tridimensionnel, mais aussi de simuler la réponse dynamique de l’ouvrage. La figure 1 présente le modèle par éléments finis complet du pont, incluant ses différents composants structurels et matériaux. Une analyse dynamique transitoire va au-delà des calculs quasi-statiques simplifiés et met en évidence des réserves de charge supplémentaires. Le graphique (fig. 2) montre l'évolution dans le temps des forces de réaction résultant d'un choc frontal d'un navire contre la deuxième pile du pont.

La réponse structurelle est clairement visible : la force de réaction maximale au niveau du pilier 2 ne coïncide pas avec l'amplitude maximale de la charge. Elle survient en revanche à la fin de la première phase d'impulsion, qui présente une pente nettement plus raide. La simulation montre également les déformations plastiques à la fin de l'impact. Il apparaît clairement que les déformations permanentes, d'environ 5 mm au niveau du pilier 2 et de 1,5 mm au niveau du pilier 3, sont principalement dues aux déformations plastiques du sous-sol.

En simulant de manière dynamique l'impact d'un bateau à l'aide du modèle complet du pont sur le Main à Marktheidenfeld, en Allemagne, il est possible d'identifier des réserves de charge supplémentaires, ce qui permet une évaluation réaliste de l'état et de la capacité portante de l'ouvrage existant.

Surveillance de l'état d'un pont en béton armé

Un modèle de simulation développé par Geodynardo permet de surveiller tout au long de l’année l’état d’un pont au-dessus d’un canal reposant sur 3 arches en béton armé, ainsi que ses appuis et joints historiques. La figure 3 présente les déformations structurelles issues du modèle de simulation tridimensionnel, qui a été calibré à l’aide des mesures recueillies sur site pendant un an. Outre le poids propre et la charge hydrostatique, les variations saisonnières de température sont également prises en compte dans le modèle.

D'une part, le modèle permet d'évaluer de nouvelles données de mesure et de déterminer leur impact sur l'état de contrainte de l'ouvrage. D'autre part, le modèle calibré permet de prévoir d'autres scénarios saisonniers, d'analyser des stratégies d'entretien adaptées et de définir des mesures de renforcement ciblées pour l'ouvrage en service.