Cours de Ponts - Conception Des Ouvrages D'art Courants [PDF]

Zitiervorschau

Cours de Ponts Mohamed Taha FADEL Ingénieur à la Division des Ouvrages d’Art – Direction des Routes

2019/2020

Sommaire du cours : I - Généralités et définitions II - Conception générale III - Conception des ouvrages d'art courants IV - Introduction au calcul des ponts V - Thématiques diverses VI - Mini-projet de conception de pont

Sommaire du cours : III– Conception des ouvrages d’art courants • Principes du choix de la structure • Conception longitudinale – portées et structures • Conception transversale – matière et robustesse • Autres facteurs de choix

• Conception des tabliers courants • • • •

Cadres et portiques Ponts-dalles Ponts à poutres Autres variantes de tabliers

Sommaire du cours : III– Conception des ouvrages d’art courants • Conception des appuis, appareils d’appui et fondations • • • •

Conception des appareils d’appui Conception des piles Conception des culées Conception du système de fondations

• Conception des équipements • Conception des dispositifs de retenue • Conception des joints de chaussée • Conception des autres équipements

Principes du choix de la structure Le critère principal permettant de définir le domaine d'emploi des différents ponts est la portée déterminante. D’autres critères interviennent dans le choix comme : • Les possibilités de construction, • Les caractéristiques géométriques en plan, • Le mode de fonctionnement, • La largeur du tablier, • La hauteur disponible, • La nature des terrains de fondation…

Principes du choix de la structure Pour le concepteur, il s’agit donc de définir les caractéristiques suivantes : • Le nombre de travées • Leurs longueurs • Le balancement de l’ouvrage • L’élancement du tablier • Le type de structure… Et ce en se basant sur les domaines d’emploi usuels des structures connues…

Principes du choix de la structure ❑

Choix du nombre des travées : Optimiser le coût de réalisation du tablier et des appuis.

•

Plus d'appuis intermédiaires → On diminue la portée déterminante et donc le coût du tablier MAIS on augmente le coût des appuis .

•

Il faut respecter les contraintes d'implantation des piles Il faut respecter la hauteur disponible pour le tablier entre le profil en long du pont et les gabarits, portée déterminante importante → l'épaisseur du tablier augmente

•

Principes du choix de la structure Distribution des travées : Contraintes mécaniques, d’implantation des appuis et esthétiques : • Travées indépendantes multiples : Portées égales au maximum → procédé répétitif donc plus économique grâce à la préfabrication. • Travées continues de hauteur constante : Mécaniquement et économiquement on cherche des travées intermédiaires identiques + des travées de rive courtes grâce à la réduction d’efforts, mais suffisamment longues pour éviter leur soulèvement • Le balancement α de l'ouvrage (rapport entre la portée d'une travée de rive et celle de la travée adjacente) est donc : 0,55 ≤ α ≤ 0,80 ❑

Principes du choix de la structure

Principes du choix de la structure ❑

• • •

On définit l'élancement comme le rapport entre la hauteur du tablier et la portée principale. 𝐻𝑎𝑢𝑡𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑢 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑖𝑒𝑟 é𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = 𝑃𝑜𝑟𝑡é𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙𝑒 On distingue les élancements sur pile et à la clé lorsque le tablier est de hauteur variable. Pour chaque type de structures, il existe un domaine d'élancement économique, issu de l'expérience. Ce paramètre permet de choisir une portée admissible pour une hauteur utile fixée ou inversement de déterminer une épaisseur de tablier pour une portée donnée.

Principes du choix de la structure Structure longitudinale : On distingue les cadres et portiques des ponts à poutres ou dalles isostatiques ou continues • Une hyperstaticité du système sert à réduire les efforts et par conséquent les quantités de matière mises en œuvre (pont cadre, portique ou poutre continue), • La déformabilité du système lui permet de s'adapter à d'éventuels mouvements de fondation (tassement) sans préjudice pour la structure, obtenue par des structures minces et souples • La suppression des appareils d'appui et des joints de chaussée est un atout important des ponts cadres et des portiques (structures intégrales) ❑

Principes du choix de la structure ❑ • • •

Structure transversale : On cherche un optimum entre gain de matière (rendement de la section) et simplicité de forme et du coffrage La part due au poids propre dans les sollicitations totales de la section déterminante reste comprise entre 40 % et 60 % pour tous les ouvrages de portée moyenne. Avec l’augmentation des portées, on recherche une section transversale à plus grande inertie et on utilise des matériaux permettant de diminuer son poids propre. Lorsque la hauteur disponible est insuffisante ou pour diminuer l'épaisseur du tablier, il est possible d'avoir recours à des ponts à poutres latérales métalliques ou en béton.

Principes du choix de la structure Choix du matériau : entre le béton économique mais lourd et l’acier léger mais cher : • L’acier résiste 20 fois à la compression plus que le béton. • A volume égal, l’acier est 3 fois plus lourd que le béton • Pour le même ouvrage, on a besoin d’un poids de béton 7 fois de plus que celui de l’acier • En utilisant l’adhérence acier-béton et les vertus protectifs du béton contre la corrosion, on exploite économiquement le mariage acier-béton, en substituant au béton tendu (fissuré) des barres d’acier : c’est le béton armé. • Il est utilisé pour des portées optimales allant jusqu’à 30m. ❑

Principes du choix de la structure Choix du matériau : entre le béton économique mais lourd et l’acier léger mais cher : • Au delà et jusqu'à des portées de l'ordre de 100 m, on peut éviter de soumettre le béton à la traction en introduisant un effort artificiel de compression, appelé "précontrainte" . C'est le domaine du béton précontraint. • On distingue la précontrainte par pré-tension : où la mise en tension précède le coulage du béton de la précontrainte par post-tension où le coulage précède la mise en tension • Il y a toujours des pertes de tensions dont il faut tenir compte (retrait, fluage, recul d’ancrage…) ❑

Principes du choix de la structure

Principes du choix de la structure

Principes du choix de la structure

Principes du choix de la structure

Principes du choix de la structure

Principes du choix de la structure On peut également alléger les structures, en n'employant le béton que pour résister aux efforts de compression. L'acier, plus léger, sert alors à équilibrer aussi bien les efforts de traction que l'effort tranchant. C’est le domaine des ponts mixtes acier-béton, ils permettent des portées économiques entre 60m et 120m.

Autres facteurs de choix Outre le facteur architectural et esthétique, il convient de faire le point sur les contraintes d’exécution, pour lesquels on privilégie : • La construction sur cintre, qui est la plus économique • On peut se servir des appuis définitifs, ou bien construire à proximité et mettre l’ouvrage en place par levage, poussage ou rotation • On peut avoir recours à la préfabrication et mettre en place par ripage ou grutage

Spécificités des ouvrages d’art ferroviaires La conception des ouvrages ferroviaires exige des contraintes particulières : • En particulier, on essaie de limiter les flèches des travées des ponts ferroviaires au minimum possible : c’est le garant de la continuité de la voie et du confort des usagers. • On limite aussi les vibrations du tablier afin d’assurer la stabilité et la sécurité des usagers. • Les ouvrages doivent assurer la continuité de la plate-forme ferroviaire et donc permettre en particulier le passage des caténaires et des divers réseaux.

Ouvrages d’art courants/non courants Ouvrages d’Art non courants : • Ponts possédant au moins une travée de plus de 40 m de portée, • Tablier de surface supérieure à 1200 m², • Ponts mobiles et Ponts canaux, • Murs de plus de 9 m, • Tranchées couvertes et semi-couvertes de plus de 300 m de longueur, • Tunnels, • Tous les ouvrages dont la conception présente des difficultés particulières : risque de glissement de terrain, conditions d’emploi non courantes, techniques et procédés innovants… ❑

Conception des cadres et portiques Ils sont adaptés aux petites brèches qu'ils franchissent en passage inférieur. Il s'agit le plus souvent de travées uniques : • PIPO - Passage Inférieur en Portique Ouvert, • PICF - Passage Inférieur en Cadre Fermé • POD - Portique Ouvert Double. Ces ouvrages se présentent comme une ouverture rectangulaire dans le talus, assortie de murs de tête destinés à soutenir les terres à proximité de l'ouvrage.

Morphologie des cadres •

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• •

Le PICF (Passage Inférieur en Cadre Fermé) est un cadre en béton armé, remblayé, muni de murs en retour ou en aile. Il est constitué de deux traverses (dalles supérieure et inférieure) monolithiques avec deux piédroits (voiles latéraux) Il est résistant est simple à réaliser Il s'agit d'un ouvrage à appuis et fondations intégrés.

Morphologie des cadres •

• •

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Les PICF peuvent être utilisés pour des gammes de portées variants entre 2 à 10 m Il convient pour des sols de faibles portances. Il s’accommode parfaitement à des biais supérieur à 65 grades Il est coulé en 3 phases : traverse inférieure ou radier, puis les piédroits et enfin la traverse supérieure

Morphologie des cadres • •

On peut assurer la pente de la voie franchie pour des ouvrages assez larges en composant l’ouvrage par des plots de 10m à 15m. La morphologie de ces ouvrages est caractérisé par la présence de goussets indispensables pour assurer l'encastrement physique des piédroits sur les traverses supérieure et inférieure, et dont les dimensions sont à adapter à l’ouverture du cadre

Prédimensionnement des cadres • Les épaisseurs des traverses et des piédroits dépendent principalement du : ❖ Module de réaction du sol, ❖ Biais de l'ouvrage ❖ Epaisseur du remblai sur la traverse supérieure. ❖ Classe du béton utilisé : choisie en général de l’ordre de 25 MPa • Le rapport entre l’épaisseur de la traverse et l’ouverture est de l’ordre de 1/20 à 1/25. • L'épaisseur de la traverse supérieure peut être déterminée par la formule suivante, où « L » désigne l'ouverture biaise de l'ouvrage : e = L/32+ 0,125 Avec un minimum de 0.30m • Quant à la traverses inférieure et le piédroit, Des abaques donnent l’épaisseur en fonction de : ➢ Ouverture biaise ➢ Module de pseudo-élasticité du sol « ESOL »

Prédimensionnement des cadres

Prédimensionnement des cadres Ces abaques supposent qu’il n’y a pas de remblai sur la traverse supérieure Pour les ouvrages sous remblais : 1. On estime l’épaisseur suffisante si le remblai n’existe pas Ei0 2. On majore E0 par la formule suivante :

Pour les ouvrages biais, on a besoin de définir l’ouverture déterminante en fonction des biais géométriques et mécaniques

Morphologie des portiques •

•

•

Le PIPO (Passage Inférieur en Portique Ouvert) est un portique en béton armé, en forme de U renversé. Les jambes du U, qui constituent les piédroits, sont reliés par la traverse, qui fait office de tablier. Les piédroits peuvent être fondés superficiellement ou via des fondations profondes

Morphologie des portiques

Morphologie des portiques Ces ouvrages sont complétés par des murs de tête qui soutiennent les terres du remblai de la voie portée. Deux solutions peuvent être envisagées : • Des murs en retour : parallèles à la voie portée, • Des murs en aile : présentant généralement un angle compris entre 30 et 60 degrés par rapport à ces piédroits.

Morphologie des portiques doubles Le POD (Portique Ouvert Double), constitue l'extension du PIPO, dont le domaine d'emploi est limité aux franchissements d'une vingtaine de mètres. Pour obtenir un portique ouvert double, il suffit de créer un appui intermédiaire sous la traverse d'un portique ouvert simple Une dissymétrie est possible mais à éviter

Morphologie des portiques Le PIPO assure la relève du PICF à partir de 10 mètres d'ouverture. Il est employé pour des ouvertures comprises entre 10 et 20 mètres • Au delà de 22 mètres, le PIPO est très largement concurrencé par un pont dalle précontrainte, à une ou trois travées. • Entre 8 et 18 mètres, les domaines d'emploi du PIPO et du pont dalle en béton armé se superposent. •

Morphologie des portiques

Prédimensionnement des portiques •

•

• •

La traverse et les piédroits ont généralement la même épaisseur, puisque les efforts les plus importants sont situés à l'angle supérieur. Cette épaisseur varie de 0,30 à 0,65 mètre pour des ouvertures variant de 8,00 à 22,00m. L'épaisseur de la traverse et des piédroits peut être déterminée par la formule suivante, où « L » désigne l'ouverture biaise de l'ouvrage : e = L/40+ 0,10 Avec un minimum de 0.30m Dans le cas de présence d’un remblai sur la traverse ou de biais prononcé, les majorations indiquées pour les PICF sont également applicables. Quant à la semelle, on conserve la même épaisseur que les piédroits, sans toutefois descendre en dessous de 0,60 m pour conserver une bonne rigidité.

Prédimensionnement des portiques Pour la largeur et l’excentricité, on utilise des abaques qui les fournissent en fonction de la pression qmax admissible du sol

Ponts dalles en béton armé et précontraint Les ponts dalles en béton armé ou en béton précontraint représentent la grande majorité des passages supérieurs d'autoroute. De part la simplicité de leur forme, les coffrages et le façonnage des ferraillages sont facilement réalisés, ce qui se répercute favorablement sur le coût en main d’œuvre. Les ponts dalles font l'objet de nombreux dossiers pilotes du SETRA ; On distingue les Passages Supérieurs ou Inférieurs en Dalle Armée ou Précontrainte (PSIDA – PSIDP)

Ponts dalles en béton armé et précontraint Il s'agit d'une dalle de hauteur constante dont la coupe transversale du tablier est dans sa forme la plus simple de section rectangulaire. La section rectangulaire convient pour des portées n'excédant pas 15 mètres voire à la limite 20 mètres, car devenant trop lourde, on passe donc aux dalles à encorbellement

Ponts dalles en béton armé et précontraint Etant coulés sur cintres, ces ouvrages peuvent avoir une géométrie en plan assez complexe, cependant les programmes de calcul ne sont adaptés que pour un biais modéré (< 65 grades) et une faible courbure (rapport de la portée sur le rayon de courbure < 0,3 radians). Dans le cas d'ouvrage à courbure et biais prononcés, il est nécessaire de recourir à des méthodes de calculs plus fines.

Ponts dalles en béton armé et précontraint Pour les gammes de portée, on a : • Dalle armé: 15m pour une seule travée et 18m pour un pont continue • Dalle précontrainte : 22m pour un seule travée et 25m pour plusieurs travées On peut franchir des portées plus importantes avec des variantes moins courantes • Des dalles nervurées armées ou précontraintes à hauteur constante : 25m jusqu’à 35m • A partir de 35 m de portée, il est économique d'avoir recours à la hauteur variable

Prédimensionnement des dalles armées Le prédimensionnement des dalles armées tient compte des paramètres suivants : • Nombre de travées • Balancement de l’ouvrage • Portée déterminante • Classe du béton : possibilité de diminution pour des béton de classe supérieure à 25 MPa (Non recommandé)

Prédimensionnement des dalles précontraintes Le prédimensionnement des dalles précontraintes concerne le dimensionnement de l’épaisseur de la dalle et l’estimation du nombre d’armatures de précontrainte. En plus des paramètres précédemment cités pour les PSIDA, on fait intervenir la classe de vérification de la précontrainte. Ces dalles disposent en général d’encorbellement, dont la largeur est de l’ordre du ¼ de la largeur totale.

Prédimensionnement des dalles précontraintes En classe II de vérification de la précontrainte, on peut estimer la précontrainte longitudinale à : F Le nombre d’unités de précontraintes (câbles) est égal au quotient de F ainsi estimé par la force utile minimale d’une unité. Les données d’entrée de cette formule incluent : la géométrie de la dalle, le nombre de voies de l’ouvrage, la densité des charges permanentes…

Prédimensionnement des dalles précontraintes La longueur d'about est définie comme la partie de tablier délimitée par la face d'about et l'axe d'appui de la culée. Il comprend dans le cas des ouvrages en béton précontraint, une reprise de bétonnage et une partie de béton de cachetage. Pa railleurs, la longueur d'about doit permettre un ancrage suffisant des armatures passives en face inférieure. Elle prise au moins égale à

Morphologie des ponts à poutres Le tablier est constitué de poutres longitudinales, solidarisées entre elles par des poutres transversales appelées entretoises sur appuis et en travées, et par un hourdis formant couche de roulement. L’ensemble formé par les poutres principales et les entretoises est un grillage qui agit en tant que dalle orthotrope (deux directions orthogonales)

Morphologie des ponts à poutres Les poutres peuvent être coulées en place ou préfabriquées, quoiqu’on privilégie la préfabrication car elle offre une meilleur qualité des parements et permet d’éviter les difficultés du coulage sur cintre. L’espacement transversal varie entre 2,5m à 4m, dépendamment de la largeur de l’ouvrage et de la nature des poutres : armées ou précontraintes

Conception des ponts à poutres Les poutres sont en général sous forme de T, avec une table de compression, une âme et un talon, l’ensemble est liaisonné par des goussets. Dès qu’on dépasse les 20m de portée, on préfère un épaississement d’âme près des appuis, ça permet de gagner sur la matière et ne conserver que l’épaisseur d’âme nécessaire pour contrer les efforts tranchant au niveau des sections sur appuis.

Conception des ponts à poutres Les tables de compression ont généralement des largeurs courante représentant 60% environ des hauteurs. Les talons ont une forme qui favorise une bonne mise en œuvre du béton et permet le logement des armatures de béton armé ou précontraint. Sa largeur varie entre 0,5m pour des ouvrages en béton armé à 0,6m jusqu’à 0,9m pour des ouvrages précontraints.

Conception des ponts à poutres Dans la conception anciennes de ces ouvrages, il y avait des entretoises intermédiaires qui assuraient une meilleure répartition des charges dans le sens transversal. Cette conception, assez compliquée en terme de coffrage, est remplacé de nos jours par des entretoises sur appuis uniquement, l’hourdis jouant ainsi le rôle de l’entretoisement. Leur épaisseur est en général de l’ordre de 40cm

Conception des ponts à poutres En plus de leur rôle de rigidification du grillage vis-à-vis de la torsion, les entretoises d’about, servent également pour le soulèvement du tablier en cas de besoin (changement des appareils d’appui par exemple), une opération qu’on nomme : vérinage. Lorsqu’elle sont préfabriquées, les poutres sont général munies d’amorces des entretoises, facilitant l’exécution ultérieure de ces dernières.

Conception des ponts à poutres Le rôle du hourdis est multiple. Il assure la continuité de surface du tablier, et permet donc de relier les éléments de la poutraison. Il fait office de table de compression de poutres et reçoit l'étanchéité ainsi que le revêtement de chaussée, on distingue : • Un hourdis intermédiaire : coulé entre les poutres, dans le prolongement des tables de compression • Un hourdis général : réalisé par-dessus les poutres sur la largeur du tablier, plus facile à coffrer par des coffrages perdus (privilégié)

Conception des ponts à poutres Le hourdis est d’une épaisseur suffisante pour supporter les charges locales entre les poutres, son épaisseur est voisine du 1/16 de la portée transversales, on peut la prédimensionner :

Il est coulé à l’aide de prédalles préfabriquées qui peuvent être partie de son épaisseur donc participantes à sa résistance

Conception des ponts à poutres Ce sont en général des ouvrages isostatiques, dont la liaison se fait par une dallette de continuité. Le principe de cette continuité apparente consiste à assurer une liaison entre deux travées adjacentes en prolongeant le hourdis entre les poutres. Cette dalle remplace donc le joint de chaussée et permet la continuité du hourdis, mais doit être coulée en deuxième phase.

Ponts à poutres en béton armé Les ponts à poutres en béton armé (PPBA ou PSIBA) sont adaptés à des portées moyennes entre 15m et 30m, une limite qui est atteinte exceptionnellement en cause des problèmes de densité élevée de ferraillage et de flèche. Ces ouvrages sont les plus répandus au Maroc, quoique la tendance internationale est de les remplacer par des ouvrages plus économiques et plus durables.

Ponts à poutres en béton précontraint Les Viaducs à travées Indépendantes Précontraintes par Post-tension (VIPP) sont des ponts à poutres en béton précontraint qui prennent la relèves des PPBA. Grâce au procédé de précontrainte par post-tension, ils sont adaptés à des portées moyennes allant de 30m à 50m comme limite exceptionnelle.

Ponts à poutres en béton précontraint Les câbles de précontraintes logés au niveau du talon et tendus des deux côtés permettent de remplacer le ferraillage passif dense des PPBA. Pour les câbles, on distingue : • Une 1ère famille : qui est tendue avant mise en place des poutres, pour contrer son poids propre • Une 2ème famille : tendue après coulage du hourdis pour supporter son poids et celui des charges d’exploitation

Morphologie des ponts à poutres

Ponts à poutres en béton précontraint Les tabliers des ponts PRAD (PRécontrainte par ADhérence) sont constitués de poutres préfabriquées précontraintes par pré-tension. La précontrainte des poutres est assurée par des torons mis en tension avant bétonnage, puis relâchés dès que le béton a acquis une résistance suffisante (de l’ordre de 30 MPa). Les poutres, régulièrement espacées (entraxe de l’ordre de 1 m), sont solidarisées par une dalle coulée en place sur des coffrages perdus.

Ponts à poutres en béton précontraint Les travées des PRAD peuvent être isostatiques ou hyperstatiques. Dans ce dernier cas, les poutres sont rendues continues au droit des piles intermédiaires et il ne subsiste qu'une seule ligne d'appuis par pile. Outre les avantages d’une précontrainte en usine plus maîtrisable, ces ouvrages présentent l’intérêt de la minceur remarquable et s’adaptent bien aux tirants d’air limités. Les PRAD servent pour les portées allant de 10m à 30m

Ponts à poutrelles enrobées Le tablier d'un pont à poutrelles enrobées est une dalle en béton armé comportant une armature longitudinale constituée de poutrelles laminées (faiblement espacées –0,75m max). Les poutrelles et le béton collaborent en formant une structure composite. L’aile supérieure de la poutre est noyée dans le béton. L’aile inférieure est visible sous l’ouvrage fini. Le coffrage inférieur du tablier est constitué de plaques ou de prédalles perdues. Leur gamme de portée est entre 8m et 30m

Béton armé : élancements et portées Type

Gamme de portée

Elancement

Observation

Balancement

MIN

Domaine privilégié

MAX

CADRE PICF

-

2 à 10m

12m

L/32 + 0.125

Épaisseur du tablier

-

PORTIQUE PIPO

8m

10 à 20m

22m

L/40 +0.1

Epaisseur du tablier

-

DALLE ARME PSIDA

7m

8 à 15m

15m

1/20

Isostatique

-

7m

8 à 15m

15m

1/26

2 travée continue

>0.6

6m

8 à 18m

20m

1/28

> 2 travée continues

0.6 à 0.85

10m

15 a 25m

30m

1/15 à 1/17

Isostatique

-

POUTRE ARME PSIBA

Béton précontraint : élancements et portées Type

Gamme de portée

MIN

Domaine privilégié

DALLES À LARGE ENCORBELLEM ENTS

15m

14 à 20m

18 à 25m

Observation

Balancement

1/22 à 1/25

Isostatique

-

1/28

2 travées continues

> 0.6

1/33

>2 travée continues

0.6 à 0.85

1/22 à 1/25

Isostatique

-

1/25

2 travées continues

> 0.6

1/28

>2 travées continues

0.6 à 0.85

MAX

DALLES PLEINES 14m

Elancement

25m

30m

Béton précontraint : élancements et portées Type

Gamme de portée

Elancement

Observation

Balancement

1

MIN

Domaine privilégié

MAX

VIPP

30m

35 à 45m

50m

1/16 à 1/20

Poutre + Hourdis

Caisson poussé

30m

40 – 70m

80m

11+3/(L/60)²

-

Caisson par encorbellement

30m

60-150m

200m

1/20 à 1/22

Hauteur constant

0.6 à 0.7

Mixte acier-béton : élancements et portées Type

Gamme de portée Domaine privilégié

Poutrelles enrobées

Elancement

Observation

1/33 (S275) 1/40 (S355) 1/38 (S275) 1/45 (S355)

isostatiques isostatiques continues continues

Balancement

MAX

8 à 25 m 10 à 30 m

Tablier bipoutre mixte isostatique

50 à 80m

110m

1/22 à 1/25

isostatiques

Tablier bipoutre mixte continu

50 à 80m

110m

1/28

3 travées ou plus de hauteur constante

0,70 à 0,80 0,70 à 0,80

0,65 à 0,80

Conception des piles Le choix du type de la pile et par suite sa conception dépend essentiellement des éléments suivants : • Conception générale du tablier : travure, système statique.. • Contraintes géométriques et fonctionnelles de l’ouvrage : biais, courbure, hauteur libre.. • Procédé de construction utilisé Les piles sont généralement composées d’une tête de pile pouvant être un chevêtre, et d’un fût

Conception des piles Le choix du de la forme de la pile relève de principes simples : • favoriser la descente la plus directe (verticale) possible des charges du tablier sur les fondations, • répartir aussi uniformément que possible les charges sur le sol, • permettre un bon écoulement des eaux (appuis dans l'axe du courant)

Conception des piles Pour les ouvrages d’art courants, on peut distinguer les types suivants : • Piles-voiles : l’appui est constitué d’un voile continu d’épaisseur constante, dont l’épaisseur est de l’ordre de 50cm surtout pour des hauteurs ne dépassant pas 80cm Ce sont des piles qui résistent bien aux chocs (surtout pour les PS), mais qui s’adaptent mal au biais et sont donc à éviter pour des ponts biais en plein écoulement

Conception des piles Pour les ouvrages d’art courants, on peut distinguer les types suivants : • Piles sur colonnes : l’appui est constitué de poteaux rigidifiés en tête par un chevêtre Les colonnes peuvent être circulaires ou polygonale, idéalement du même nombre d’appareils d’appui favorisant ainsi une descente de charge quasi-directe Ce sont des piles qui sont vulnérables aux chocs, s’adaptent parfaitement aux grandes largeur tout en dégageant la vue, notamment sur les autoroutes

Conception des piles Pour les ouvrages d’art courants, on peut distinguer les types suivants : • Piles-marteaux : ce sont des piles formées d’un seul fût massif, qui peut être plein ou évidé, d’une forme circulaire ou autre Ce sont des piles qui s’adaptent parfaitement aux problèmes d’emprise, pour les hauteurs relativement hautes, ainsi que pour les écoulements turbulents. Pour les ouvrages assez larges, on peut prévoir une précontrainte transversale au niveau du chevêtre

Conception des piles Pour les grandes hauteurs, et pour éviter les risques de flambement et des effets de second ordre, on peut chercher à concevoir des piles rigides, surtout sous formes de H ou des caissons. D’autres formes architecturalement traitées peuvent être envisagées, surtout en zone urbaine et pour les des ouvrages non courants

Conception des piles Les chevêtre ou plus généralement les têtes de piles sont dimensionnées de façon à permettre l’implantation : • Les appareils d’appui définitifs et provisoires • Les dés de vérinage pour le changement des appareils d’appui Le chevêtre a un rôle de répartition des charges et donc doit être d’une rigidité suffisante.

Conception des piles

Conception des culées Les culées sont en général composées de : • Un sommier d’appui : ayant les mêmes fonctions que la tête de pile cités précédemment en plus d’une fonction d’évacuation des eaux • Un mur garde-grève doté d’un corbeau avant contenant une réservation pour le joint de chaussée, et d’un corbeau arrière sur lequel repose la dalle de transition, il sépare physiquement le remblai du pont • Des murs en retour permettant de retenir les terres et assurer la continuité d • Une dalle de transition assurant la liaison du remblai au pont • Des voiles ou poteaux porteurs.

Conception des culées Les culées assurent la liaison entre une partie rigide qu’est le pont et une partie souple qui est le remblai ou le terrain naturel, elles sont donc sensibles à une mauvaise conception. La culée a comme fonctions principales : • Une bonne transmission des efforts au sol, • La limitation des déplacements horizontaux en tête (sur les appareils d’appui), • La limitation des déplacements verticaux (tassements) Elle pourra avoir une fonction dite technique qui est liée aux possibilités d’accès pour des raisons d’entretien et de surveillance du tablier

Conception des culées Les dalles de transition sont des dalles en béton armé reposant d’un côté sur l’extrémité de l’ouvrage, qui est susceptible de peu tasser, et de l’autre sur le remblai, d’accès à quelques mètres. Elles ont pour fonction d’éviter, en cas de tassement des remblais au ras de l’ouvrage, une dénivellation brutale entre la chaussée courante et le tablier.

Conception des culées Une conception assez courante est celle des culées enterrées, la structure porteuse est en général des colonnes circulaires ou rectangulaires est noyée dans le remblai. Ces colonnes sont peu sollicités par les efforts horizontaux de la poussée des terres. Pour ces culées, le remblai est exécuté après la culée et il occupe une partie importante de la travée de rive. Pour les ponts franchissant des écoulements, il faut veiller à la protection de ce remblai contre les crues, surtout en allongeant le pont.

Conception des culées Les culées remblayées ou culées-voile sont des culées qui assurent une fonction de soutènement des terres en plus des autres fonctions. La structure porteuse est un voile ou mur frontal épais, il subit la poussée des terres dont l’intensité est proportionnelle au carré de la hauteur. L’avantage de ces culées est qu’elles libèrent la travée de rive en totalité, elles conviennent aussi pour une implantation proche d’un écoulement.

Conception des culées On peut concevoir des culées sans voile ou poteaux porteurs, ce sont des culées dont le sommier suffit pour assurer les fonctions de transmissions d’efforts et de limitation des déformations. On peut les projeter pour : •En tête de déblai : surtout en terrain rocheux d’une excellente portance dispensant de fondations •En tête de remblai de très bonne qualité (compacté) exécuté avant la culée, on pourra avoir recours à des fondations profondes

Conception des culées Lorsqu’on veut limiter l’effet des poussées sur le voile de la culée, on peut concevoir des culées creuses. Ce sont des « boîtes renversées », le remblai est donc taluté de façon qu’il n’exerce aucune poussée sur le voile, dissociant ainsi la fonction porteuse et de soutènement. La dalle de transition de telles culées devient un dalle porteuse de la chaussée et ses surcharges, et peut ainsi nécessiter un renfort. Ce sont des structures assez sophistiquées et ne sont projetées qu’exceptionnellement

Conception des culées

Conception des appareils d’appui Les appareils d’appui sont des éléments de structure qui assurent la liaison entre le tablier et les appuis. Ils ont pour fonction de transmettre les efforts tout en autorisant certains degrés de liberté. Les appareils d’appui les plus utilisés sur les ponts courants sont les appareils en élastomère fretté. C’est un empilage de feuillets d’élastomère (néoprène d’épaisseur de 8 à 16 mm) associés par vulcanisation à des frettes en acier doux. Ce système de frettage leur permet de résister à des taux de compression très élevés. Ils sont dimensionnés en limitant les contraintes de cisaillement apparaissant dans l’élastomère.

Conception des appareils d’appui Ces appareils sont utilisés pour des ouvrages à petites à moyennes portées, ils peuvent accepter jusqu’à 7MN de capacité portante (700*700mm²).

Ce sont des éléments préfabriqués qui peuvent être munis de plaques d’acier inoxydable et de téflon facilitant leur mouvement de glissement pour limiter les efforts qui les sollicitent. Ils ont un coût relativement modéré, mais une durée de vie ne dépassant pas les 15 ans, ce qui nécessite leur remplacement régulier.

Conception des appareils d’appui Pour les ouvrages de portée plus importante et donc plus lourds, on emploie des appareils d’appui à pot. On distingue trois types d’appareils d’appui à pot : •

Fixes : Ils permettent les rotations sur appui autour d’au moins un axe, mais ne permettent pas les déplacements ;

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Mobiles unidirectionnels : Ils permettent les rotations sur appui et les déplacements dans une seule direction déterminée ;

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Mobiles multidirectionnels : Ils permettent les rotations sur appui et les déplacements dans toutes les directions dans un plan.

Conception des équipements Les équipements du pont sont des éléments qui permettent à un pont d’assurer sa fonction vis-à-vis de l’usager. Ils conditionnent le bon fonctionnement et la durabilité de la structure, ils doivent donc être sélectionnés avec soin. On peut inclure dans cette catégorie : •

Les revêtements des tabliers routier : comprenant essentiellement une couche d’étanchéité et un couche de roulement bitumineuse

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Les trottoirs et leurs dépendances : bordures et mortiers ainsi que les pistes cyclables

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Les dispositifs de retenue : incluant garde-corps, glissières, barrières et séparateurs

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Les joints de chaussée

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Les corniches : préfabriquées en béton ou métallique, pouvant abriter des conduite ou caniveaux

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Le système de drainage des eaux

Conception des équipements Les dispositifs de retenue sont placé aux bords latéraux du pont et sont fonction du niveau de service exigé par le MO, destiné à retenir des piétons, des véhicules légers ou des poids lourds. On peut distinguer les trois niveaux suivants : •

Les garde-corps, destinés à retenir les piétons, parfois conçus par des architectes.

Conception des équipements •

Les glissières destinés aux véhicules légers, elles sont soit rigides en béton et agissant au niveau des roues ou bien souples sous forme d’un profilé métallique et agissant sur la carrosserie

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Les barrières destinés à retenir les poids lourds

Ces dispositifs sont toujours à raccorder à les dispositifs de retenus des ponts aux abords.

Conception des équipements Les joints de chaussée assurent un jeu à chaque coupure entre deux parties du tabliers (sur culées toujours et parfois sur piles).

Ce jeu qu’on nomme « souffle » du joint de chaussée doit inclure les variations linéaires (température, retrait, fluage) ainsi que les déplacements d’ensemble du tablier dus aux actions comme le freinage, tout en tenant compte de la température de pose et le vide initial.

Conception des équipements On distingue plusieurs types de joints de chaussée, en fonction du souffle, de la résistance à la fatigue et l’étanchéité, on cite notamment : •

Joints à hiatus : pour des souffle de l’ordre de 50mm ;

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Joint à dent en console : pour des souffles moyens de 200mm

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Joints à peigne : pour les grands souffles allant jusqu’à 700mm

Conception des équipements Les corniches ont un essentiellement un rôle esthétique, mais peuvent abriter des caniveaux de drainage des eaux de pluie ou même des conduites.

L’évacuation des eaux de pluie sur le pont est nécessaire pour sa durabilité ainsi que pour la sécurité des usagers, Le drainage se fait par l’intermédiaire de gargouilles de 10m de diamètre environ espacées de 20m à 30m

Conception du système de fondations Le type de fondation le plus simple est bien entendu la fondation superficielle lorsque le sol de bonne portance se trouve à une faible profondeur. La semelle qui repose alors sur une couche de béton de propriété non armé (d'une dizaine de centimètres d’épaisseur), doit être suffisamment épaisse pour résister à tout poinçonnement, sans que des armatures verticales (cadres et étriers) soient nécessaires. La condition de rigidité de la semelle s’exprime par :

Conception du système de fondations En revanche, lorsque le bon sol est profond, la fondation sur pieux s’impose. En fonction de leur portance, les pieux peuvent être soit battus (pour des portances de l’ordre de 1000 kN environ), soit forés (pour des portances allant jusqu’à 5000 kN environ), c’est le cas le plus courant.

En cas de non suffisance des fondations profondes de type pieu, on peut passer à des sections rectangulaires qu’on nomme barrettes.

Bibliographie • Cours de ponts – M. RGUIG (EHTP) • Cours des ouvrages d’art – M. EL KHADARY (DR) • Cours de classification des ponts – O.BELMEKKI (ENIT) • Guide du projeteur des ouvrages d’art courants (SETRA) • Projet et construction des ponts – J.A. CALGARO (Presses des ponts) • Dictionnaire de l’entretien routier – Tome 5 : Ouvrages d’art (ONR) • Les ponts-types de SETRA (SETRA) • Béton et ouvrages d’art courants – Tome 1 (CimBéton) • Les guides de SETRA : Ponts-cadres et portiques, ponts dalles, VIPP…