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Hydraulique routière partie 2: Ouvrage d’art-Conception et dimensionnement des petits ouvrages de franchissement routier

05/03/2012

Dr Adamah MESSAN ouvrage d'artfondation 2ie

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Programme Chapitre 1 ChOiX d’uN Ouvrage de fraNChissemeNt rOutier

1. Introduction 2. Définitions des différents types d’ouvrages de franchissement routier 3. Critère de choix d’un ouvrage de franchissement routier

Chapitre 2 : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES DALOTS CADRES ET PORTIQUES

1. Conception générale 2. Calcul des ouvrages: cas des dalots cadre et des dalots portique a. Généralité b.

Détermination des charges permanentes

c.

Détermination des charges variables

d.

Calcul des sollicitations

e.

Dimensionnements des armatures 05/03/2012

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Programme Chapitre 1 ChOiX d’uN Ouvrage d’fraNChissemeNt rOutier

1. Introduction 2. Définitions des différents types d’ouvrages d’franchissement routier 3. Critère de choix d’un ouvrage d’franchissement routier

Chapitre 2 : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES DALOTS CADRES ET PORTIQUES

1. Conception générale 2. Calcul des ouvrages: cas des dalots cadre et des dalots portique a. Généralité b.

Détermination des charges permanentes

c.

Détermination des charges variables

d.

Calcul des sollicitations

e.

Dimensionnement des armatures 05/03/2012

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1- Introduction Une route qu’elle soit en remblais ou en déblais présente des risque d’érosion. Ce risque est

en général inhérent aux ruissellements des eaux. Pour que la route puisse jouer pleinement son rôle et rester durable, il lui faut un dispositif d’assainissement. Le réseau d’assainissement regroupe l’ensemble des ouvrages de: - collecte et évacuation des eaux de surface, - drainage des eaux internes,

- rétablissement des écoulements naturels.

Nous aborderons dans ce cours le dimensionnement structurel de certains de ces ouvrages

notamment ceux de rétablissement des écoulements naturels.

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier Il s’agit ici des « petits ouvrages » de franchissement . On parlera des buses, des dalots et des

radiers submersibles qui servent aux franchissement des cours d’eau. Rappelons qu’il existe également des « grands ouvrages » de franchissement , notamment des ponts dont les études ne sont pas conduites de la même manière que dans le cas

des « petits ouvrages ». Avant d’aborder les petits ouvrages, il convient de résumer un peu la conception des ponts.

a) les ponts Un pont est un ouvrage en élévation, construit in situ, permettant à une voie de circulation de franchir un obstacle naturel ou artificiel : rivière, vallée, route, voie ferrée, canal, etc.

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier

a) les ponts Un pont est un ouvrage en élévation, construit in situ, permettant à une voie de circulation de franchir un obstacle naturel ou artificiel : rivière, vallée, route, voie ferrée, canal, etc. On distingue:

Ponceaux : petit pont hydraulique

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier

a) les ponts Un pont est un ouvrage en élévation, construit in situ, permettant à une voie de circulation de franchir un obstacle naturel ou artificiel : rivière, vallée, route, voie ferrée, canal, etc. On distingue:

Viaduc: Ouvrage de grande longueur et de hauteur hydraulique 343 m de hauteur 2 460 m de longueur

Viaduc de Millau 05/03/2012

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier

a) les ponts Un pont est un ouvrage en élévation, construit in situ, permettant à une voie de circulation de franchir un obstacle naturel ou artificiel : rivière, vallée, route, voie ferrée, canal, etc. On distingue:

Ponts routiers Ouvrage destiné aux véhicules

Ponts rails Ouvrage destiné aux trains

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier

a) les ponts Un pont est un ouvrage en élévation, construit in situ, permettant à une voie de circulation de franchir un obstacle naturel ou artificiel : rivière, vallée, route, voie ferrée, canal, etc. On distingue:

Passerelle Ouvrage destiné aux piétons

Passerelle au dessus du boulevard circulaire de la défense à Paris . 20 juillet 2006 05/03/2012

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier

b) les petits ouvrages de franchissement

b.1) les buses

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2- différents types des ouvrages de franchissement routier

a) les buses

Selon les matériaux constitutifs, on peut distinguer deux sortes de buses:  les buses en béton armé  les buses en métal

Selon la section transversale, on peut distinguer :  les buses circulaire

 les buses arches beaucoup plus aplaties. 05/03/2012

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2- différeNts types des Ouvrages d’fraNChissemeNt rOutier

b) les dalots Les dalots sont des ouvrages en béton armé et présentent une section rectangulaire ou carrée.

Selon la conception, il existe trois types de dalots:  dalots ordinaires constitués de piédroits fondés sur semelles ou radier général et sur

lesquels repose une dalle en béton armé;  dalots cadre dans lesquels la dalle, les piédroits et le radier constituent une structure

rigide en béton armé (pont cadre);  dalots portiques analogues aux dalots cadre mais sans radier (piédroits fondés sur semelles). 05/03/2012

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2- différeNts types des Ouvrages d’fraNChissemeNt rOutier

b) les dalots

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2- différeNts types des Ouvrages d’fraNChissemeNt rOutier

c) radiers submersibles Les radiers sont soit établis sur le fond du lit du cours d’eau , soit surélevés d’un seuil amont

afin de retenir une certaine quantité d’eau pour l’usage des hommes et des animaux. Ils sont généralement protégés à l’amont par une couche d’enrochement latéritique ou granitique, et à l’aval par une couche de gabions. Les radiers sont employés dans les rivières qui restent à sec pendant une partie importante de l’année. Ce type d’ouvrage convient donc surtout pour les zones sahéliennes ou désertiques où l’on enregistre des

crues fortes et brèves.

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3- Critère de ChOiX d’uN Ouvrage d’fraNChissemeNt rOutier Le choix des ouvrages d’franchissement routier ou de franchissement de route est lié à

beaucoup de facteurs entre autre:  l’importance du débit à évacuer;

 les caractéristiques hydrauliques de l’ouvrage;  la largeur du lit;  la hauteur disponible entre la cote du projet et le fond du talweg;

 les charges statiques et dynamiques qui sollicitent l’ouvrage hydraulique;  les conditions de fondation des ouvrages;

 la rapidité et la facilité de mise en œuvre.

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3- Critère de ChOiX d’uN Ouvrage d’fraNChissemeNt rOutier  Les buses sont utilisées exclusivement dans les sections où l’on dispose d’une épaisseur suffisante de remblais (un minimum de 80 cm est nécessaire au-dessus de la buse).

 Les buses en béton dépassent rarement un diamètre de 1,20m et toujours supérieur à 0,8m

 Les buses en béton nécessitent une fondation rigide  Les buses en métal ont une section plus grande et nécessitent une fondation souple

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3- Critère de ChOiX d’uN Ouvrage d’fraNChissemeNt rOutier  Les dalots sont des ouvrages sous chaussée qui ne nécessitent aucun remblai: une circulation à même la dalle peut être envisagée. Ils ne peuvent admettre qu’une faible épaisseur de remblai (1 à 2 m). Ces remblais sont à proscrire si la chaussée doit être revêtue.  Le choix entre le dalot cadre et le dalot portique est lié essentiellement à la capacité portante du sol de fondation et à l’ouverture hydraulique dans le cas des zones boisées par exemple.  Les dalots sont en général adoptés pour de débits élevés (dépassant 10 m3/s).

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Programme Chapitre 1 ChOiX d’uN Ouvrage d’fraNChissemeNt rOutier

1. Introduction 2. Définitions des différents types d’ouvrages d’franchissement routier 3. Critère de choix d’un ouvrage d’franchissement routier

Chapitre 2 : CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES DALOTS CADRES ET PORTIQUES

1. Conception générale 2. Calcul des ouvrages: cas des dalots cadre et des dalots portique a. Généralité b.

Détermination des charges permanentes

c.

Détermination des charges variables

d.

Calcul des sollicitations

e.

Dimensionnement des armatures 05/03/2012

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1- Conception générale Les dalots-cadres et portiques sont des structures monolithiques, en ce sens que les traverses et les piédroits forment un tout, d'où leur simplicité et leur robustesse tout-à-fait avantageuses. En particulier, l'encastrement du tablier sur les piédroits assure la stabilité de ces derniers vis-àvis des efforts horizontaux (poussée des terres,...) et permet de mieux répartir les moments dans

le tablier que dans le cas d'une travée isostatique.

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1- Conception générale

Les goussets sont destinés à améliorer l'encastrement des traverses sur les piédroits, à résorber les concentrations de contraintes et à atténuer les effets des pics de moments. Ils

améliorent de plus l'esthétique des ouvrages en rendant plus perceptible leur fonctionnement, surtout pour les portées importantes. Lorsque, pour une raison impérieuse, des goussets ne peuvent être prévus, il sera nécessaire d'épaissir les traverses et les piédroits. 05/03/2012

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2- Calcul des ouvrages

a) généralité L’étude des « petits ouvrages » de franchissement est différente de celle des « grands ouvrages » comme les ponts mais ce pendant, il existe quelques similitudes: la classe du pont, les

surcharges routières par exemples.

Classe de pont On distingue trois classe de pont en fonction de leur largeur roulable.

Classe

Largeur Roulable

I II III

≥ 7m 5,5 m < Lr < 7m ≤ 5,5 m

 largeur roulable Lr: largeur mesurée entre bordure ou dispositif de retenue;  largeur chargeable: Lc=Lr s’il y a des bordures ou Lr diminuée de 50cm le long de chaque dispositif de retenue, lorsqu’il existe;  nombre de voies: n = Int(Lc/3) (Int: partie entière) 05/03/2012

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2- Calcul des ouvrages

a) généralité Le calcul d’un dalot, comme de tout autre construction, a pour objectif de vérifier que le dimensionnement adopté lui confère le niveau (initial) de fiabilité requis compte tenu de la qualité exigée des matériaux qui seront utilisés et du niveau de contrôle prévu lors de l’exécution. Pour assurer sa fonction, il doit être capable de résister, avec les marges appropriées, non

seulement aux efforts engendrés par son poids propre, mais aussi aux efforts dus à l’ensemble des actions d’origine naturelle et fonctionnelle qui lui seront appliquées.

+ surcharge routière

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2- Calcul des ouvrages

b) Détermination des charges permanentes  Poids propre des constructions Le poids propre des structures en béton armé (et des parties non porteuses faites de

même matériaux comme les barrières en béton) est évalué, dans la plupart des cas, à partir de leurs dimensions nominales et d’une valeur nominale du poids volumique égale à 25 kN/m3 

épaisseur du dalot (pré dimensionnement)

Généralement, l’épaisseur du dalot est environ l/15 où l est la plus grande dimension de la cellule hydraulique. Ensuite, il faudra s’assurer qu’il n’y aura pas d’acier comprimé et

transversal dans le tablier. En plus de la condition sur l, en fonction de la hauteur H du remblai, on a: o H < 2 m; e ≃ l/10 – 5cm o 2m ≤ H < 4m; e ≃ l/10 o 4m ≤ H < 8m; e ≃ l/10 + 5cm 05/03/2012

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2- Calcul des ouvrages

a) Détermination des charges permanentes  Poids des équipements Pour le poids des équipements, des fourchettes destinées à l’évaluation des valeurs caractéristiques sont fournies pour le revêtement des tabliers (étanchéité et couche de

roulement). L’Eurocode 1 (EN 1991-1.1) fournit les valeurs suivantes de certains poids volumiques:

o asphalte coulé et béton bitumineux: 24 à 25 kN/m3; o asphalte roulé à chaud: 23 kN/m3 Dans le cas où il y a du remblai sur le tablier, on prend comme densité de terre ≃ 20 kN/m3

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières Les actions non accidentelles dues au trafic sur les ponts routiers sont définies par le Fascicule 61 titre II. Les charges routières à caractère normal comprennent deux « système » différents: le système A et le système B.

 Système A Le système A se compose d’une charge uniformément répartie dont l’intensité dépend

de la longueur L chargée exprimée en m A(L) = 2,30 + 360/(L+12) kN/m². A(L) est ensuite multipliée par un coefficient a1, assimilable à un coefficient de dégressivité transversale, donné dans le tableau ci-dessous Classe du pont

I II III

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Nombre de voies chargées 1

2

3

4

5

1 1 0,9

1 0,9 0,8

0,9 -

0,75 -

0,75 -

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières  Système A Pour les grandes longueurs chargées, la charge a1A(l) est limitée par (4 – 0,002L) kN/m², de sorte que la densité de charge effective q(L) peut être mise sous la forme: q(L) = Sup{a1A(L);(4-0,002L)}kN/m². La valeur de calcul de la surcharge A vaut alors Q = gq.a2.q(L)

gq = 1,2 à l’ELS et 1,61 à l’ELU Le coefficient a2 est défini par: a2 = v0/v; v étant la largeur d’une voie (Lr/3) et v0 est

fonction de la classe du pont.

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Classe du pont

v0

I II III

3,5 m 3,0 m 2,75 m Dr Adamah MESSAN 26

2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières  Système B Le système B est composé de trois sous systèmes Bc, Bt, Br .  sous-système Bc

Le sous système Bc se compose de camions de poids individuel égal à 300 kN. On dispose autant de files de deux camions au maximum que de voies de circulation. Il est affecté d’un coefficient de pondération bc (dégressivité transversale) (Tableau ci-dessous).

Classe du pont I II III

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Nombre de voies chargées

1

2

3

4

5

1,2 1 0,9

1,1 1 0,8

0,95 -

0,80 -

0,70 -

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières  sous-système Bc

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières  Système B  sous-système Bt

Le sous système Bt se compose de deux tandems à deux essieux de quatre roues chacun, le poids de chaque essieu étant de 160 kN:

 il ne s’applique qu’aux ponts de première et deuxième classe;  le nombre de camions est limité à deux dans le sens transversal;  il est affecté d’un coefficient de pondération bt égal à 1 pour les ponts de première classe, et 0,9 pour ceux de deuxième classe .

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières  Système B  sous-système Bc et Bt

Qu’il s’agisse du sous-système Bc ou du sous-système Bt, la charge de calcul vaut: Q = gQ.d.b.B

b = bc ou bt selon le cas, d= coefficient de majoration dynamique = Pour le calcul des dalles de couverture:

1

0,4  1  0,2 L

L: Max(Lr; portée de la travée);

0,6 G 1 4 S

G: poids total d’une section de couverture de longueur L et de toute la largeur relative à cette

couverture et aux élément reposant sur elle; S: poids total maximal des essieux du système B (Bc ou Bt) qu’il est possible de placer sur la

longueur L. On prendra d = Max(dBc, dBt) pour toutes les charges du système B.

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières  Système B  sous-système Br

Le sous système Br se compose d’une roue isolée transmettant un effort de 100 kN à travers une surface d’impact rectangulaire de 0,60 x 0,30m (la dimension 0,60, perpendiculaire à l’axe de

déplacement des véhicules, représente la surface au sol de roues jumelées). Le sous système Br est frappé du même coefficient de majoration dynamique que Bt.

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2- Calcul des ouvrages

c) Détermination des surcharges routières Remarques Le système A et le sous-système Bc sont destinés à l’étude de la flexion générale

des tabliers.  Le système A devenant déterminant pour les portées supérieures à 20 ou 25m.

 Les sous systèmes Bt et Br sont plutôt réservés à l’étude d’effets locaux.  En dehors des charges routières à caractère normal, le Fascicule 61 Titre II définit des charges à caractère particulier, à savoir des charges militaires et des convois exceptionnels.  Dans la justification de la stabilité des culées, on dispose une densité uniforme

égale à 10 kN/m² sur les remblais d’accès aux ouvrages.

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2- Calcul des ouvrages

d) Calcul des sollicitations: étude de cas Le dalots ci-contre constitue un ouvrage de franchissement d’une piste rurale. Sur le tablier on dispose d’un remblai de 20 cm de poids volumique 18 kN/m3 . Le coefficient

de poussé de terre est évalué à 0,33. Sachant que la largeur roulable des de 7m

et qu’il n’existe pas de dispositif de retenu, faites la descente de charge sur le dalot. Déterminer

ensuit

le

diagramme

du

moment fléchissant du dalot cadre. Vérifier la contrainte sur le sol sachant que la contrainte admissible est de 0,15 MPa.

e) Détermination des armatures: étude de cas 05/03/2012

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