ponts en béton précontraint construits par encorbellements successifs

Setr

service d'tudes techniques des routes et autoroutesjuin 2003

Guide de conception

Ponts en bton prcontraint construits par encorbellements successifs

Libert

Egalit

Fraternit

RPUBLIQUE FRANAISEministre de l'quipement des Transports du Logement du Tourisme et de la Mer

Page laisse blanche intentionnellement

BMIM4

Guide de conception


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"rzxAxe du caisson

Bracon mtallique ou bton e = 3.50 m

Fig. 2.18 - F'xempie de caisson large a\'ec bracons Po'its Cil h/oii imx'oiilniiut coiisiniils par ciicorhclk'nifiits siiccessij's

25.000 12.500 2.750in I' , j ^ j / : ) j ^ , > ,

12.5003.250 3.250

Voile bton continu

Fig. 2.19 - Exemple de caisson large avec voiles latraux minces

TzzZZZZZZ.Axe du caisson ,

2.3.4 - BICAISSONS Pour des largeurs importantes, il est aussi possible de projeter un tablier comportant deux caissons lis par leurs encorbellements intrieurs (Fig. 2.20). En France, cette solution n'est plus employe que de manire exceptionnelle sur des ouvrages trs larges. l'tranger, elle a par contre t mise en uvre rcemment et plusieurs reprises, par exemple pour les viaducs d'accs voussoirs prfabriqus du nouveau pont sur le Tage, Lisbonne, et pour les viaducs du second franchissement de l'estuaire de la Severn [COM 96], en Angleterre. Elle reste galement trs utilise en Asie. 11 faut dire que cette structure se prte particulirement bien la construction de tabliers larges prfabriqus puisqu'elle est obtenue en construisant deux tabliers troits cote cote, puis en les clavant transversalement. La matrise des dformations de fluage de chacun des caissons constitus de btons d'ges diffrents reste toutefois un problme dlicat lors de l'excution de ces ouvrages. D'autre part, en cas d'ouvrage lignes d'appui biaises

ou comportant des piles dcales pour chaque caisson, la mise en place de la prcontrainte transversale est trs complexe. Comme les monocaissons simples, les bicaissons sont compatibles avec toutes les lois de variation de la hauteur du tablier (constante, parabolique, linaire, etc.). 2.3.5 - MONOCAISSONS TROIS MES (POUR MMOIRE) Pour des largeurs comprises entre 15 et 20 m, il est possible de projeter des caissons trois mes (Fig. 2.21). En France, ces structures ne sont pratiquement plus utilises. En effet : leur excution est difficile et coteuse car il faut utiliser deux noyaux coffrants ; cot identique, on leur prfre souvent des structures avec bracons ou nervures transversales, d'esthtique plus agrable ; certains ouvrages de ce type ont donn lieu des pathologies importantes, en raison de la difficult de prvoir la rpartition des efforts entre les mes.25.000

37

Fig. 2.20 - Exemple de lablier compos de deux caissons clavs transversalement Ponts en bton prcontraint construits par encorbellements successifs

16,10

4,50

Fig. 2.2] - Solulion ancifnnt' tic caisson Irois rinics

Ces caissons sont par contre encore construits l'tranger, et en particulier en Asie du sudest, parce que la main d'uvre y est d'un cot plus faible et que les entreprises ont export leurs matriels dans ces pays. 2.3.6 - STRUCTURES TRANSVERSALES PARTICULIRES Quelques ouvrages comportant des tabliers trs originaux et trs innovants ont t construits en France dans les annes 90. On notera tout d'abord les viaducs de Sylans et Glacires, construits la lin des annes 1980 prs de Nantua, pour l'iiutoroute A40. Ces viaducs comportent deux tabliers en bton prcontraint indpendants, dnivels et prfabriqus, dans lesquels les habituelles mes pleines sont remplaces par des treillis en bton ultra lgers, l'instar du pont de Bubiyan, au Kowet. Construits au milieu des annes 1990 pour supporter l'autoroute Al6, les viaducs du Boulonnais ont galement des tabliers constitus de voussoirs prfabriqus avec des mes en treillis mais ces mes sont cette fois constitues de tubes mtalliques [MEU 98].

Le viaduc de la Corniche Dle, dans le Jura, comporte galement un tablier avec des mes ultra lgres mais celles-ci sont composes de tles mtalliques plisses [REI 94]. Quatrime pont mes plisses construit en France aprs les ouvrages de Cognac, CharoUes et du parc Astrix, le viaduc de Dle est le premier pont de ce type construit par encorbellements successifs en France. Le viaduc du Vecchio, construit en Corse la fin des annes 1990, comporte galement un tablier d'une grande originalit. Celui-ci est constitu de deux hourdis en bton parallles lis par des lments en bton triangulaires faisant office d'mes [PAU 00].

2.4 - PRDIMENSIONNEIVIENT D'UNE SECTION TRANSVERSALE SIIVIPLE 2.4.1 - GNRALITSNous examinons dans ce qui suit, aprs un bref prambule consacr au cblage, le dimensionnement des diffrents lments constitutifs d'un caisson courant monocellulaire. La figure ci-dessous prcise les notations utilises :

38

Fig. 2.22 - Construction en cncorlK'Ilcnicnt partir de tra\es contrepoids Vo}'ts eu Ix'touprc(ilnii)il coustriiiispar eucorl>ellemeuts successifs

sont ancrs dans des entretoises massives sur piles ou sur cules et dvis grce des voiles en bton arm appels dviateurs. 2.4.3 - HOURDIS SUPRIEUR Dans un caisson simple, les mes sont souvent implantes au quart de la largeur du caisson (C = B / 4). Le hourdis suprieur est une dalle pleine dont l'paisseur varie transversalement pour s'adapter aux efforts transversaux reprendre. Son paisseur en extrmit Cj dpend du dispositif de retenue choisi (voir le guide technique du Setra relatif aux barrires de scurit). Elle est au minimum de : - 16 18 cm en cas de garde-corps, - 23 cm en cas de barrire normale BNl, - 24 cm en cas de barrire normale BN4. l'enracinement de l'encorbellement, l'paisseur e2 dpend des quipements et du profil en travers fonctionnel. En premire approximation, on pourra retenir pour e2 1/7 1/8 de la largeur de l'encorbellement mesure au dbut du gousset pour un hourdis en bton arm. En bton prcontraint, on peut diminuer cette valeur. Son paisseur mi-porte e4 est gale D/25 ou D/30, voire D/35 pour des caissons trs larges prcontraints transversalement, avec un minimum de 20 cm. l'encastrement, la valeur e^ peut tre estime en mtre 0,10 -1-0/25 (D dsigne ici l'entraxe des mes exprim en mtres). En gnral, on a vrifie galement : e, > 62 - 0,10 m et e3 > 1,5 e4 Compte tenu de ce qui prcde, l'paisseur moyenne du hourdis d'un caisson simple s'tablit 22 26 cm, non compris les goussets de raccordement aux mes du caisson. La prcontrainte transversale permet de rduire d'environ 10 % les dimensions e2, e3 et e^ si on dispose de suffisamment de place pour loger les cbles de flau. Il convient d'apporter une grande importance aux conditions de bon enrobage des cbles transversaux ainsi qu'aux conditions d'ancrage de ces cbles aux extrmits du hourdis ; ces conditions peuvent en effet aussi dterminer l'paisseur du hourdis son extrmit.

Cbles de continuit intrieurs

Fig. 2.23 - Cbles mis on uvret

sur les ponts courants

2.4.2 - PRAMBULE CONCERNANT LE CBLAGEUne description dtaille des cblages longitudinaux mis en uvre dans les ponts construits par encorbellements successifs est donne dans le chapitre 3 du prsent guide, consacr la flexion longitudinale et au cblage principal. Il est cependant indispensable de donner, ds ce stade du guide, un minimum d'information concernant ces cbles. Les cblages des ouvrages courants modernes comportent trois types de cbles : des cbles de flau, des cbles de continuit intrieurs, souvent appels cbles clisses, et des cbles de continuit extrieurs. Les cbles de flau reprennent les moments ngatifs, tant en construction qu'en service. Ils sont logs dans les goussets suprieurs. Leurs ancrages sont souvent situs sur la tranche des voussoirs, aux nuds entre les mes et le hourdis suprieur. Les cbles de continuit intrieurs sont dimensionns pour reprendre en construction les moments positifs dus aux charges de chantier, au gradient thermique et aux dformations diffres du bton. Dans les traves de rive, ils doivent galement reprendre le poids des parties coules sur cintre. Ils sont situs dans les goussets infrieurs du caisson, prs des mes. Leurs ancrages sont logs dans des bossages. Les cbles de continuit extrieurs compltent la prcontrainte intrieure. Ils reprennent les charges d'exploitation et le poids des quipements. Ils sont situs entre les mes et les hourdis, en dehors de la section courante. Ils

39

Ponts en hton prcontraint construits par encorbellements successifs

Pour les hourdis nervures, l'paisseur de la dalle est bien sr plus faible. Elle est comprise entre 22 cm, pour un entraxe de nervures normal de 3 m 3 m 50. et 10 cm pour un entraxe beaucoup plus faible. Elle dpend galement du mode de ralisation des voussoirs (couls en place ou prfabriqus). 2.4.4 - PAISSEUR DES MES 2.4.4.1 Gnralits

paisseur minimale des mes dans des cas particuliers 11 arrive parfois qu'on souhaite faire descendre les cbles de flaux dans les mes, pour augmenter la rduction d'effort tranchant apporte par la prcontrainte. On y est d'ailleurs contraint pour les ouvrages trs larges et de grande porte, ou l'ancrage d'une seule paire de cbles par voussoir ne suffit pas. Dans ce cas, l'paisseur des mes doit galement respecter un certain nombre de conditions relatives au bon btonnage et l'ancrage des cbles de flau sur la tranche des voussoirs : - a > 2(e + 2d + V) + 0J, avec V = 7 cm minimum (chemine de btonnage et de vibration) ; - a > 2D avec D enrobage des plaques donn par les agrments des systmes de prcontrainte en fonction de la rsistance du bton (en premire estimation, on peut prendre D - 18 cm pour des cbles 12T13 et D - 20 cm pour des cbles 12T15) ; - a > 30g avec 0^, = 7 cm pour des cbles 12T13 et 0J, = 8 cm pour des cbles 12T15.

Les mes du caisson sont la plupart du temps inclines car cette disfiosition facilite le dcoffrage et rduit la largeur des ttes de pile. Les parements extrieurs des mes sont aussi souvent de meilleure qualit lorsqu'elles sont inclines. L'inclinaison couramment adopte est comprise entre 10 et 30 %. Longitudinalement, l'paisseur des mes est gnralement constante pour les ponts de hauteur variable et variable pour un tablier de hauteur constante. Lorsqu'un paississement est ncessaire prs des piles, la variation se fait brutalement (par redans et naturellement par l'intrieur) pour faciliter l'excution. Verticalement, les mes sont presque toujours d'paisseur constante sur toute leur hauteur. Pour des portes suprieures 100 mtres environ et dans certains projets particulirement optimiss, les mes sont parfois paissies au voisinage du hourdis suprieur, les cisaillements d'effort tranchant tant maximaux dans cette zone. paisseur minimale des dans le cas courant mes

O

40

La plupart du temps, les tables de flau sont ancrs dans le gousset suprieur ou dans un bossage haut. Dans ce cas, l'me n'tant pas entame par les cbles, son paisseur peut tre rduite au strict minimum pour rsister l'effort tranchant en service en bnficiant de la rduction importante apporte par le relevage des cbles extrieurs. Toutefois, en construction, on ne bnficie pratiquement d'aucune rduction de l'effort tranchant, car les cbles extrieurs ne sont pas encore tendus. L'paisseur totale E^ des deux mes peut tre estime E^ = L/275 + l,25xB/L - 0,125, relation dans laquelle L est la porte principale et B la largeur du hourdis suprieur (E.,, L et B exprims en mtres).

Hig. 2.24 - Fpaissc'Lir des nie.s

On peut ajouter que la rsistance l'effort tranchant impose de conserver une paisseur utile d'me E^ gale 0,26 + L/500, avec E^ et L en mtres. Cette formule (un peu plus dfavorable que la prcdente pour les faibles portes et les caissons peu larges), donne de bons rsultats pour des portes comprises entre 70 et 170 m, et pour des largeurs de tablier infrieures 15 m. Pour des tabliers plus larges, cette paisseur doit tre augmente.

l'uiits cil hc'luii [iivcoiilriiiiil coiis/niilspar ciictirhcllcniciils successifs

2.4.5 - PAISSEUR DU HOURDIS INFRIEUR L'paisseur du hourdis infrieur est minimale la clef et maximale sur pile. Les lois de variation de l'paisseur en fonction de l'abscisse horizontale sont soit linaire, soit parabolique, soit du 4 Pour les aciers passifs, le ratio dpend beaucoup * du type et de l'paisseur du hourdis suprieur (hourdis pais, hourdis nervure, etc.), des conditions imposes pour le cumul des aciers de diffusion cisaillement - flexion et de la valeur accepte pour la limite lastique des aciers dans les calculs (400 ou 500 MPa).

45

Ponts en bton prcontraint construits par encorhellements successifs


I

^

CONCEPTION ET JUSTIFICATION DU CBLAGE LONGITUDINAL3.1 - PRINCIPES DE CABLAGELe trac des cbles de prcontrainte rsulte du mode de construction et des phases successives rencontres. Comme indiqu dans le chapitre prcdent, les cbles peuvent se regrouper en diffrentes familles : les cbles de flau, ncessaires l'assemblage des voussoirs successifs, les cbles de continuit destins reprendre toutes les actions complmentaires appliques la structure aprs ralisation des flaux. Jusqu'au milieu des annes 80, toute la prcontrainte des ouvrages construits par encorbellements successifs tait intrieure au bton. Aujourd'hui, la technologie de la prcontrainte mixte, c'est--dire comprenant la fois des cbles intrieurs au bton et des cbles extrieurs au bton, est utilise de faon quasi systmatique en France. Pour un ouvrage trois traves, la cinmatique de mise en tension de ces diffrents cbles est alors la suivante : mise en tension de cbles de flau intrieurs au bton pour assembler les voussoirs courants (Fig. 3.1), mise en tension de cbles de continuit intrieurs au bton (ou cbles clisses), pour solidariser les parties coules sur cintre des traves de rive aux deux flaux (Fig. 3.2), mise en tension de cbles de continuit intrieurs au bton (ou cbles clisses) la clef de la trave principale pour assurer la continuit de la structure (Fig. 3 3 ) , 47 _

Le prsent chapitre traite de la conception et de la justification par le calcul du cblage longitudinal des ponts en bton prcontraint construits par encorbellements successifs. Attention, il ne couvre pas la justification des contraintes tangentes qui est traite au chapitre 4.

Fig. 3.1 - ('bles tk' lluux

C_]

xnnuFig. 3-2 - Cbles de conliniiil intrieurs des iriues de rive

X3 - U l i i I l l i J

C-D

"7^ C-n3.1.1.1 - Principe du cblage de flau des ouvrages anciens (pour mmoire) Dans les conceptions anciennes, ces cbles subissaient quasi systmatiquement des dviations verticales leurs extrmits et leurs ancrages taient implants dans les mes. Le principal avantage de cette disposition tait la rduction de l'effort tranchant due l'inclinaison des cbles, particulirement favorable proximit des piles. Cette disposition prsentait par contre des inconvnients : la prsence de cbles dans les mes cre un obstacle vis--vis du btonnage, l'encombrement des plaques d'ancrage impose une paisseur minimale d'me importante (classiquement de l'ordre de 45 cm),

mise en tension de cbles de continuit extrieurs au bton, filants sur une ou plusieurs traves, pour reprendre les complments de charge (Fig. 3-4). 3.1.1 - PRCONTRAINT'E DE FLAU Les cbles de flau sont dimensionns : en construction, pour assembler les voussoirs successifs et pour reprendre les moments ngatifs dus au poids propre des flaux et aux charges de chantier. en service, pour participer, avec les cbles de continuit extrieurs au bton, la reprise des moments ngatifs dus aux charges permanentes et d'exploilation. Ces cbles sont situs au voisinage de la fibre suprieure du tablier pour s'opposer efficacement des moments ngatifs. Dans la quasi totalit des cas, ils sont intrieurs au bton afin d'obtenir un excentrement maximal.

TTT

48

Fig. 3..3 - Cjbles de eontimiite intrieurs de la trave centrale

-TÎ I I I I I ry

Fig. 3-4 - Cbles de eontiniiit extrieurs

-T^

Pdiits en bton prcontraint construits par oicorhcllciiients successifs

conformment au rglement, l'paisseur d'me doit tre diminue pour le calcul des contraintes de cisaillement d'un diamtre de gaine ou d'un demi-diamtre de gaine selon les rgles de calcul, les cbles de flau subissent des dviations angulaires Importantes, ce qui est pnalisant vis--vis des pertes par frottement. 3.1.1.2 - Principe du cblage de flau des ouvrages modernes Dans les conceptions actuelles classiques, la rduction d'effort tranchant est apporte par le cblage de continuit extrieur au bton. Il n'est donc plus ncessaire de descendre les cbles dans les mes leurs extrmits, et ils peuvent tre ancrs directement dans les nuds suprieurs. Les inconvnients des anciens cblages de flau sont ainsi vits. Pour des hourdis suprieurs de largeur courante (10 12 m), un cble est ancr par me et par voussoir. Pour des hourdis suprieurs plus larges, il peut tre ncessaire d'ancrer deux cbles par me et par voussoir. De mme, il est envisageable de mnager dans le gousset une rservation correspondant l'encombrement des ancrages des cbles de la prcontrainte complmentaire (cf 3-1-3.1). De ce fait, les dimensions des goussets suprieurs sont directement influences par le nombre et par les dimensions des plaques d'ancrage des cbles et par la position des conduits des cbles de flau. 3.1.1.3 - Trac du cblage de flau pour les ouvrages modernes Trac courant

Trac

peign

Le trac de cblage dit "peign" permet de systmatiser les tracs des cbles, ce qui simplifie l'excution (Fig. 3-6). En effet, un tel trac : utilise toujours les mmes points de passage au niveau des joints afin d'utiliser un masque unique, limite les dviations en plan et donc les pertes par frottement, vite les tronons courbes au droit des joints, ralise les dviations en plan sur la longueur exacte du voussoir. On remarque aussi que la plaque d'ancrage se trouve automatiquement incline, dans un sens puis dans l'autre, sur l'axe de l'me. On trouvera de plus amples informations sur les cblages "peigns" dans l'article intitul "Practical design of cantilever tendons in bridges built by the balanced cantilever method (FIP Symposium - Londres - septembre 1996)".

Les cbles de flau subissent des dviations verticales et des dviations en plan dans le nud suprieur. Dans la mesure du possible, les dviations verticales sont dissocies des dviations horizontales (Fig. 3.5). Le trac des cbles doit tre rectiligne dans la traverse des joints. Afin d'assembler correctement les lments de conduits, le trac des cbles au passage des joints est le plus souvent perpendiculaire la surface coffre du masque.

49 -

-

VUE EN PLAN

Fig. i.5 - ChlagLde flau cUis.sique


|-"'T"'IEncorbellement

i

se N s| s| ^ / ^ s| ^ y 1/ y K 'y X ^ VCble de clouage

^ \ > ^ ^^ ^ V

N N

^ -

Passages des cbles 12T15 avant dviation angulaire Passages des cbles 12T15 aprs dviation angulaire

Fig. 3.6 - Clilage de (lau peigne : vue en plan et iltails des goiisse'ts

0

Sur la figure ci-dessus, on note la contrainte lie la prsence de cbles de clouage sur appui. Il faut galement citer les contraintes lies aux rservations pour l'accrochage des quipages mobiles (voussoirs couls en place) et pour les dispositifs de levage (voussoirs prfabriqus). Il est galement possible de disposer les plaques d'ancrage au niveau des goussets, et l'extrieur des ferraillages d'mes, pour viter de couper systmatiquement les triers verticaux proximit de l'ancrage des cbles. Dans ce cas, seuls les premiers cbles sont ancrs dans l'axe de l'me, les suivants sont ancrs alternativement de part et d'autre. Cette disposition permel en outre d'ancrer deux cbles par me si ncessaire. 5.1.lA - Quelques points de conception flau particuliers

la phase dimensionnante, ne sont donc pas ncessaires vis--vis de la construction du flau. D'autre part, l'exprience montre que du fait de la prsence des cbles de continuit extrieurs qui rgnent sur toute la longueur de l'ouvrage, les cbles de flau sont surabondants en service. Il en rsulte que les ouvrages peuvent tre conus sans ancrer de cbles de flau dans la dernire paire de voussoirs. Cette dernire paire fonctionne alors provisoirement en bton arm. Cette disposition est d'ailleurs couramment adopte pour les ouvrages voussoirs prfabriqus, pour lesquels la faible longueur du voussoir de clavage (20 30 cm) empche la mise en tension de ces cbles. Cblage des ouvrages prfabriqus voussoirs

Nombre de cbles de

50

Deux ou quatre cbles peuvent tre arrts par voussoir. Si pour les raisons voques prcdemment, on souhaite ne pas ancrer de cbles dans les mes sans pour autant augmenter la taille des goussets, le nombre optimal de cbles arrts en extrmit de chaque voussoir est gal deux (un cble par me). Cette disposition permet de standardiser le ferraillage des voussoirs. Cblage de la dernire paire de voussoirs

Lors de la mise en uvre de voussoirs prfabriqus, ceux-ci doivent tre provisoirement maintenus jusqu' la mise en tension de la prcontrainte de flau par des barres de brlage parallles l'extrados. Ces barres permettent de maintenir provisoirement le voussoir et d'exercer afin de maintenir une compression minimale dans la colle du joint de voussoir de l'ordre de 0,2 MPa. Celles-ci sont gnralement ancres en quinconce sur des nervures verticales ralises en face intrieure des mes, mi-distance des joints de voussoir (Fig. 3.7).

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nH

\ ,/ '' i

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\1-

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n/j

Pendant la construction d un flau, la situation la plus dfavorable est en gnral obtenue lors du btonnagc de la dernire paire de voussoirs. Les cbles de flau ancrs dans cette dernire paire de voussoirs qui ne sont pas tendus dansPiiiils eu helou prcciutniiiit eoiistruilsl>tir

J / \

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Fig. 3." - l'rineipe le brlage de.- \ ciu.'i.soir.s prlahriqii.s

eiiLorhelleiiieuls

siucessi/s

Cbles de flau

extrieurs

au

bton

3.1.2 - PRCONTRAINTE DE CONTINIJIT De faon gnrale, les cbles de continuit sont destins reprendre toutes les actions complmentaires appliques la structure aprs ralisation des flaux. Dans les conceptions anciennes, ces cbles taient tous intrieurs au bton. Ils rgnaient en trave dans le hourdis infrieur et taient ancrs dans des bossages faisant saillie audessus de celui-ci, ou relevs dans les mes et ancrs dans des encoches mnages dans l'extrados du tablier Le nombre important de cbles conduisait les rpartir sur toute la largeur du hourdis infrieur, ce qui a occasionn d'importantes pathologies (voir chapitre 8). Aujourd'hui, la prcontrainte de continuit est en gnral mixte, c'est--dire compose la fois de cbles intrieurs au bton et de cbles extrieurs au bton. Le prsent paragraphe ne dveloppe que le cas des cblages mixtes. Pour les cblages de continuit entirement intrieurs au bton, le lecteur pourra se reporter au bulletin technique n 7 du Setra publi en 1972. 3.1.2.1 - Cbles de continuit}

Pour les trs grands ouvrages (porte > 120 m environ), une partie des cbles de flau peut tre extrieure au bton, afin de limiter la taille des goussets suprieurs et donc, les charges permanentes. Inclinaison des cbles

Afin de rduire les contraintes de cisaillement dans certains types d'ouvrages, il est possible de faire descendre une partie des cbles de flau dans les mes (gnralement ceux des premiers voussoirs), selon un schma proche des dispositions des ouvrages anciens (Fig. 3.8). Ces dispositions sont utilises pour des ouvrages de hauteur variable dont on veut limiter la hauteur sur pile et pour des ouvrages hauteur constante de porte suprieure 60 m environ. Voussoirs en "sur-encorbellement"

Comme cela est crit au chapitre 2, afin de rduire les parties coules sur cintre prs des cules, ou afin de raliser des traves de longueurs diffrentes, il peut s'avrer ncessaire de raliser une seule extrmit d'un flau, un ou plusieurs voussoirs dits "voussoirs en sur-encorbellement". Le flau est alors dissymtrique et les cbles de flau ancrs dans ces voussoirs peuvent tre dissymtriques par rapport la pile. Cependant, ils doivent tre ancrs une distance suffisante de la section sur pile afin que l'effort de prcontrainte soit diffus dans cette section.

intrieurs

Les cbles de continuit intrieurs au bton appels souvent "cbles clisses" rgnent sur la partie centrale des traves courantes et dans les extrmits des traves de rive (Fig. 3-9 et 3.10). Ces cbles s'opposant des moments positifs, sont situs dans les goussets infrieurs et sont ancrs dans des bossages situs la jonction me-hourdis infrieur (Fig. 3 11).

Fig. 3.8

51 .

Fig. 3.9 - Cbles de continuit intrieurs en trave de rive Ponts en bton prcontraint construits par encorbellements successifs

^

^

Fig. 3-10 - Cbles de conlinuitO intrieurs en trave couranteGaines

F'ij^. 3.11 - Bdssages des cbles de continuit intrieurs

Ils sont souvent cals par lapport au dessus du hourdis infrieur afin de systmatiser leur trac dans le bossage. La prcontrainte intrieure de continuit est dimensionne de faon reprendre au moins le retrait aprs clavage, Us effets thermiques - gradient thermique et variation uniforme de temprature - et les effets d'adaptation de la structure pendant les phases de construction, entre le coulage des btons de clavage et la mise en tension de la prcontrainte extrieure de continuit. L'attention des projeteurs est attire sur le fait que sous l'effet des variations de temprature, les liaisons provisoires des flaux risquent de crer des efforts importants dans le tablier et dans les appuis, notamment si ces derniers sont rigides. Pour les traves de rive, la prcontrainte intrieure de continuit reprend galement le poids de la partie coule sur cintre. 3.1.2.2 Cbles de continuit extrieurs

En lvation, ils sont donc situs prs du hourdis infrieur en trave et prs du hourdis suprieur sur appuis. Pour tenir compte des tolrances d'excution, une distance de l'ordre de 5 cm doit tre mnage entre l'extrieur de la gaine des cbles et le bton des hourdis des voussoirs. Cette distance minimale sera galement respecte par rapport au dessus des bossages d'ancrage des cbles clisses. En plan, les cbles de continuit extrieurs sont situs prs des mes. Pour tenir compte des tolrances d'excution, une distance de l'ordre de 5 cm doit galement tre mnage entre l'extrieur de la gaine des cbles et le bton des mes des voussoirs et/ou des bossages. Pour les ouvrages courbes, il est ncessaire de recentrer les cbles par des dviateurs complmentaires. Les cbles sont dvis par les entretoises sur piles et par des entretoises intermdiaires (dviateurs) en trave, ce qui conduit un trac polygonal, rectiligne par tronons. Les dviateurs en trave sont en gnral situs entre le tiers et le quart de la trave (Fig. 3.12). Suivant la longueur de l'ouvrage et le nombre de traves, ils peuvent tre filants d'un bout l'autre du tablier, ou se recouvrir en rgnant sur deux ou trois traves successives, voire plus. Compte tenu des difficults lies l'enfilage et l'injection, lorsqu'ils sont onduls, leur longueur doit tre limite 200 m environ. Cette valeur peut tre lgrement dpasse, notamment pour permettre un cble de rgner sur deux traves lorsque celles-ci ont une porte suprieure 100 m. Des cbles onduls plus longs (par exemple,siwcessij's

Les cbles de continuii extrieurs sont destins reprendre :

52

en complment des cbles de continuit intrieurs, les moments positifs en trave dus aux charges permanentes (y compris retrait et redistribution d'effort; due au fluage) et aux charges d'exploitation, en complment des cilbles de flau, les moments ngatifs sur pile dus aux charges permanentes et d'exploitation.

Poi.ls cil IxHdii l>iVLi>iitrciiiil consIruitsparciiajihclh'niciUs

r ancrage sur pile

dviateur en trave

Fig. 312 - Cbles de continuit extrieurs en trave courante

Li=aL nei cbles

nai cbles

ne2 cbles

Fig. 3.13 - Diffrents types de cliles utiliss pour optimiser le cblage extrieur d'un pont ii trois traves

3 traves de 120 mtres soit 360 mtres pour des cbles 19T 15 "super") ont dj t tendus avec succs. Les cbles peuvent galement aller de trave trave. Dans ce cas, ils peuvent tre ancrs dans les entretoises dviatrices. Par exemple, pour un ouvrage symtrique trois traves, on peut s'inspirer du schma suivant qui permet de bien moduler la prcontrainte dans chaque trave en utilisant deux types de cbles (Fig. 3.13). Dans cet exemple, les nombres de cbles sont les suivants : la clef : sur pile : 2 nî + n 'e2 n^, + n^ = n,, cbles = Up cbles

Il est intressant de noter que dans un cblage mixte, les cbles extrieurs participent largement la reprise des moments ngatifs sur appuis. Il en rsulte une nette diminution du cblage de flau par rapport aux ouvrages anciens pour lesquels les cbles de flau devaient reprendre la totalit des moments ngatifs. S'il n'y a pas de problme d'effort tranchant, il est galement possible de rduire le nombre de cbles extrieurs et de les compenser dans les zones centrales par des cbles clisses supplmentaires, plus conomiques car plus courts. 3.1.3 - DISPOSITIONS CONSTRUCTTVES DIVERSES 3.1.3-1 - Prcontrainte (prcontrainte intrieure complmentaire)

Le nombre de cbles extrieurs ne doit pas tre trop rduit afin d'viter toute insuffisance structurelle en cas de rupture ou de dmontage d'un cble. Il ne doit pas non plus tre trop lev, sinon le caisson risque d'tre encombr, ce qui gnerait les oprations de maintenance. En pratique, le nombre de cbles de continuit intrieurs est souvent compris entre trois et cinq paires.

Afin de pallier une insuffisance ventuelle de la prcontrainte intrieure au bton en cours de construction (frottements excessifs, impossibilit d'enfiler un cble, etc.), des dispositions spcifiques doivent tre prvues ds le projet. Ces dispositions doivent permettre de pallier une insuffisance de prcontrainte comprise entre 5 et 10 % de l'effort de prcontrainte probable Pm de la famille considre. Par exemple, il est envisageable de :

53


ne pas utiliser leur maximum les plaques d'ancrage, afin de laisser la possibilit de tendre des torons complmentaires, mettre en oeuvre des gaines vides permettant de tendre une ou plusieurs paires de cbles complmentaires si ncessaire. Ces gaines vides, qui sont obligatoires pour les cbles de flau, sont galement conseilles pour les cbles de continuit intrieurs. Le trac des gaines vides doit tre conu de faon permettre une mise en tension ventuelle tout moment du chantier, soit en rservant dans le gousset un emplacement pour mettre en uvre une plaque d'ancrage, soit en positionnant la gaine de faon que le cble puisse tre ancr dans un bossage additionnel. Cette dernire disposition ne s'applique pas dans le cas de voussoirs prfabriqus. Les gaines vides non utilises sont injectes en fin de chantier 3.1.3.2 - Dmontabilit extrieure de la prcontrainte

3.1.3.3 - Rservation pour additionnelle la extrieure

prcontrainte prcontrainte

Des ancrages pour une prcontrainte additionnelle et des rservations dans les dviateurs doivent tre mis en uvre ds l'origine, pour permettre de rparer (m de renforcer l'ouvrage facilement en cas de besoin. L'effort de prcontrainte additionnelle est au moins gal 20 % de l'effort de prcontrainte de continuit extrieure prvu lors de la construction du tablier En pratique, on prvoit au moins une gaine par me, ce qui permet de procder une substitution progressive de l'ensemble des cbles de continuit extrieurs. 3.1.3.4 - Dispositifs anti-vibratoires prcontrainte extrieure pour

La prcontrainte extrieure au bton doit pouvoir tre remplace. Plus prcisment, elle doit tre dmontable sans aucune dtrioration de la structure, mais avec destruction ventuelle du cble et de son conduit (cf circulaire du 28 fvrier 2001 'Conception de la prcontrainte extrieure au bton "). Les dispositions gnrales de la prcontrainte extrieure, les produits et matriaux utiliss et leur mise en uvre sont dcrits au chapitre 7 de l'additif au fascicule 65 A du CCTG.

Pour viter la mise en rsonance des cbles extrieurs et les risques de fouettement en cas d'incident, le guide du SETRA de fvrier 1990 sur la prcontrainte extrieure conseillait de mettre en place des dispositifs intermdiaires de maintien des cbles ds que la longueur de la partie du trac extrieure la structure dpasse une quinzaine de mtres pour un ouvrage routier, et 10 12 mtres pour un ouvrage ferroviaire. L'exprience acquise dans ce domaine montre que des longueurs libres de l'ordre de 25 m sont acceptables. Ces dispositifs, qui servent de supports intermdiaires et peuvent servir au maintien des gaines lors du dmontage, doivent tre rigides (Fig.3.14).

En zone de relevage

En zone centrale

54

0 l i e r s avec

revtement caoutchouc

I d'ancrage Prcontrainte exirieuri

Console standard renforce

Fi^. 3.I4 - Uispositils :iini-vihrau>ires pour cbles extrieurs

Pofits 01 hcfon pfvcoHtniii/l

coiistniiLspar

oicorhcHenic/ils

successifs

ISP

3 . 2 - CALCUL D E S SOLLICITATIONS 3.2.1 - GNRALITS Pour la plupart des justifications, les sollicitations sont calcules en utilisant pour le tablier un modle lastique. Le calcul doit tre conduit en tenant compte des phases successives de chargement de l'ouvrage. Il est donc ncessaire de procder une analyse prcise des phases de construction et des phases de chargement ultrieures (oprations successives de btonnage, de mise en tension, de decintrement et d'avancement des quipages mobiles, de transfert d'appuis, de rglage,...). 3.2.2 - POIDS PROPRE DU TABUER

Fig. 3.13 - lixeniple de croisemenl cbles transversaux / cbles de flaux

3-1-3-5 - Conflits gomtriques possibles entre cbles longitudinaux et autres cbles Dans la majorit des ponts couverts par le prsent guide, la stabilit de flaux est assure par des cbles de prcontrainte verticaux logs dans les voussoirs sur piles. Ces cbles risquant d'tre en conflit gomtrique avec la prcontrainte longitudinale, il convient de tenir compte de cette contrainte dans le positionnement transversal des cbles extrieurs et des cbles de flaux. Un conflit gomtrique est galement possible dans les caissons prcontraints transversalement entre les cbles transversaux d'une part et les cbles de flaux et de continuit extrieure d'autre part (Fig. 3-15). Afin de prvenir ce type de conflit, il y a lieu de dfinir prcisment la position de la prcontrainte transversale puis d'en dduire la position des cbles longitudinaux. En gnral, il y a intrt positionner les cbles transversaux en premier lit et les cbles de flau en second lit.

Les quipages mobiles de btonnage tant constitus d'lments mtalliques suffisamment rigides, le poids propre peut tre reprsent par une valeur nominale unique calcule partir des dessins du projet, comme le recommande le BPEL 91 rvis 99 et par drogation aux Directives Communes de 1979. Il ne faut cependant pas oublier de tenir compte des lments complmentaires du caisson tels que bossages d'ancrage, diaphragmes et dviateurs. Le poids propre du tablier sera enfin complt par le poids des gaines, cbles et coulis d'injection de la prcontrainte extrieure. Sauf circonstances spciales, la masse volumique du bton est fixe 2,5 t/m^. Dans le cas d'utilisation de granulats forte ou faible densit, la masse volumique du bton y, du tablier (prcontraint et arm) est value partir de la masse volumique du bton seul Yb mesure sur eprouvette de bton sans armatures l'aide de la formule suivante : Y =Y + x(7,85t b 7,85

V

55

dans laquelle p est le ratio total d'armatures passives et actives en t/m^ (on adopte en gnral p = 0,2 t/m3).


Fix- 3.1(1 - Chur^cs tk' thanlier considrer pour les jiistilkations en constiiittion

Qprai

M ''Lf ^

Lkn"*~~Lf

Les btons courants base de granulats basaltiques et les btons hautes performances ont des masses volumi(iues plus leves (prvoir de l'ordre de 50 kg/tn^ en plus pour les BHP). 3.2.3 - EFFETS DE LA PRCONTRAINTE Vis--vis des justifications en flexion longitudinale, la prcontrainte peut tre reprsente par sa seule valeur probable Pm. S'agissant de grands ouvrages, des prcautions particulires (gaines vides, mesures de coefficients de transmission, etc.) sont prises pour que la prcontrainte probable Pm soit effectivement obtenue. Dans ce cas, pour les calculs l'tat Limite de Service et conformment l'article 4.10.1 du BPEL 91 rvis 99, les calculs doivent tre mens en retenant k = 0,02 et k' = 0,95. 3.2.4 - CHARGES DE CHANTIER ALATOIRES Des charges de chantier alatoires sont considrer dans les calculs de flexion longitudinale du tablier, pendant la construction des flaux (Fig. 3-16). Ces charges sont les suivantes : une charge rpartie Qpr-ji de 200 N/m^ sur un demi flau dans les cas courants ; une charge concentre Qpra2 ^^ 100 kN applique en bout de flau et reprsentant le poids des rouleaux de cbles, des compresseurs et des autres matriels pouvant se trouver sur l'ouvrage.

L'valuation quantitative de cette redistribution est complexe. Elle ncessite le recours un calcul informatique prenant en compte les phases de construction et les lois de comportement des matriaux (fluage scientifique pour le bton). Un calcul de ce type sera effectu au stade du projet, en regroupant ventuellement certaines phases de construction. Dans le cadre des tudes d'excution, il sera ralis obligatoirement deux calculs : un premier calcul de flexion longitudinale (A), effectu selon le planning prvisionnel de ralisation des travaux de l'entreprise, avec les coefficients de frottement, fonction du type de prcontrainte ; aprs ralisation complte du tablier, et afin de connatre l'tat de contraintes effectif de l'ouvrage en exploitation, un calcul de rcolement (B) effectu selon le calendrier rel d'excution, partir des coefficients de frottement moyens mesurs, et de la masse relle des voussoirs pour les ouvrages prfabriqus. En cas de modification significative du planning d'excution, il est galement ncessaire de raliser un troisime calcul prenant en compte le planning d'excution recal.Tout changement de cinmatique de construction sera valid par un calcul. Enfin, en attendant les Eurocodes dont les lois des matriaux sont juges plus ralistes, un autre calcul, utilisant une loi de fluage plus proche de la ralit que celle du BPEL (plus rapide), peut galement tre effectu pour la dtermination des contre-flches en construction. Il est de toute faon conseill de s'assurer par un essai de fluage, que la loi de fluage du bton ne s'carte pas du modle de comportement thorique retenu.

56

3.2.5 - EFFETS DIFFRliS Le retrait et le fluage du bton entranent dans les structures hyperstatiques construites selon des schmas statiques volutifs, une modification progressive dans le temps des sollicitations et des contraintes calcules.

l'ohts i')i hch/i! prccoiilniiii/

coitstniilspar

oicorhellemciits

successifs

3.2.6 - PROGRAMMES DE CALCULS Il existe plusieurs logiciels mis au point par des bureaux d'tudes privs ou publics, orients vers le calcul des ponts et parfaitement adapts aux ponts construits par encorbellements successifs. Le Setra a dvelopp deux programmes conus, entre autres, pour effectuer ces calculs : le logiciel STl, le systme PCP (Ponts Construits par Phases). Ces programmes permettent le calcul de structures tridimensionnelles ou planes constitues d'lments de barres et sont orients vers le calcul d'ouvrages d'art. Ils permettent de tenir compte de l'effet des armatures de prcontrainte, des phases de construction de la structure et des charges d'exploitation routires. Les calculs sont mens suivant la thorie de la RDM applique aux poutres lastiques, chaque voussoir tant en gnral reprsent par un lment de poutre. Le calcul doit suivre le phasage complet et prcis de la construction, pour tenir compte des dates d'application des charges et du vieillissement des matriaux (retrait, fluage, relaxation) entre ces diffrentes phases.

Compte tenu de l'absence d'aciers longitudinaux traversant les joints, les ouvrages voussoirs prfabriqus sont gnralement justifis longitudinalement selon la classe I du BPEL 91 rvis 99. L'article 3.1.43 du BPEL 91 rvis 99 voque galement la possibilit d'une justification en classe II sous rserve que les joints restent entirement comprims sous Pm. Dans ce cas, il convient galement, conformment l'article 6.1.32, que la zone tendue prsente une hauteur infrieure 5 cm. Le choix de la classe de vrification doit figurer explicitement dans le CCTP 3 3 . 3 -JUSTIFICATIONS EN PHASE DE CONSTRUCTION De faon gnrale, les justifications doivent tre menes toutes les phases de la construction. 3-3-3-1 -Justification de flau de la prcontrainte

En plus des justifications propres l'quilibre statique du flau qui font l'objet du chapitre 5 du prsent guide, des justifications TELS doivent tre conduites toutes les phases de la construction du flau afin de vrifier la prcontrainte du tablier. Les charges retenir comprennent les charges de chantier connues (quipages mobiles, etc.) et les charges de chantier alatoires dfinies au paragraphe 3-2.4. Pour les ouvrages justifis en classe II, le commentaire de l'article 6.1.23 du BPEL 91 rvis 99 peut tre appliqu et on peut donc considrer une contrainte limite de traction dans la section d'enrobage gale f,j au lieu de 0,7f,j. 3.3-3-2 -Justification de continuit de la prcontrainte intrieure

3 . 3 - JUSTIFICATIONS A P P O R T E R VIS--VIS D E S CONTRAINTES NORMALES 3.3.1 - PRAMBULE Le paragraphe 3-3 prsente les justifications apporter vis--vis des contraintes normales dues l'effort normal. Elles doivent tre effectues l'tat Limite de Service et l'tat Limite Ultime, en excution et en exploitation. Les justifications apporter vis--vis des contraintes de cisaillement sont traites au ch. 4. 3.3.2 - CLASSES DE VRIFICATION Les ouvrages couls en place sont gnralement justifis selon la classe II du BPEL 91 rvis 99.

La prcontrainte de continuit intrieure au bton est dimensionne de faon reprendre le retrait, le fluage et les effets thermiques gradient thermique et variation uniforme de temprature - pendant la phase de construction comprise entre le coulage des btons de clavage et la mise en tension de la prcontrainte extrieure de continuit. La variation uniforme de temprature peut tre prise gale +/- 10 C.

Ponts en titon prcontraint constniitspar encorbellements successifs

Le gradient thermique positif peut tre pris gal 8 C. Un gradient thermique ngatif de 5 C doit galement tre pris en compte. Dans le cas des ouvrages voussoirs prfabriqus, il convient galement de prendre en compte la poutre de lancement et le fardier Pour les ouvrages justifis en classe II et compte tenu de la dure trs courte de la phase de chantier dimensionnante, le commentaire de l'article 6.1.23 du BPEL 91 rvis 99 peut tre appliqu et on peut considrer une contrainte limite de traction dans la section d'enrobage gale f^^ au lieu de 0,7ftj. 3.3.4 -JUSTIFICATIONS L'ELS EN EXPLOITATION Les justifications doivent tre menes :

Les combinaisons ELU considrer sont les suivantes : [ ] - ! - [ 0,35 ] -I- [ 1,5 ] [ ] -(- [ 1,5 (D ] Par cette mthode, les efforts dus aux cbles de prcontrainte n'ont pas t majors. En effet, si on dsigne par : P : la prcontrainte G : les charges permanentes autres que la prcontrainte [ bton (enveloppe avant et aprs fluage), quipements et enrobs ] Q : les charges d'exploitation On a ainsi calcul :

la mise en service, P-i- 1,35 G + 1,5 Q aprs totalit des pertes et redistributions diffres ( 50 000 jours par exemple, cette dure pouvant tre considre comme "temps infini", mme si la totalit des pertes et redistributions diffres ne sont pas ralises selon les lois du BPEL), avec et sans les effets du gradient thermique. 3.3.5 -JUSTIFICATIONS L'ELU EN EXPLOITATION L'application des coefficients de l'ELU une structure ralise par phase est dlicate. Pour la justification de la flexion longitudinale en exploitation, la mthode simplifie suivante est propose : soient : enveloppe des tats vide (tat la mise en circulation, tat aprs totalit des pertes) sans pondration (enveloppe ayant servi aux justifications ELS), tat selon un nouveau calcul fait en appliquant la totalit des charges permanentes (sauf prcontrainte) en une seule fois, (D effet des charges d'exploitation. et P-i-G-^ 1,5 Q

Avec cette mthode de calcul, qui peut tre considre comme dfavorable, l'tat Limite Ultime n'est en gnral pas dimensionnant vis--vis de la flexion longitudinale. 3.3.6 - DMARCHE DU DIMENSIONNEMENT Le dimensionnement d'un ouvrage en bton prcontraint cblage mixte et construit par encorbellements successifs se fait l'tat Limite de Service. L'ouvrage ainsi dimensionn est vrifi ensuite l'tat Limite Ultime. Le dimensionnement peut tre effectu en respectant les tapes suivantes : 1 tape : dtermination du flau du cblage

Le cblage de flau est dimensionn en phase de construction. 11 doit reprendre le poids propre du bton en encorbellement et les charges de chantier dfinies ci-avant au paragraphe 3-2. Si on a le choix pour la longueur des voussoirs courants, c'est--dire si la longueur de l'quipage mobile n'est pas impose, il peut tre intressant de retenir une longueur de voussoir et une unit de prcontrainte telles qu'on ancre deux cbles par voussoir. Dans ce cas, la dmarche consiste tester les units de prcontrainte les

Poiils (.'Il h/dii pivcoiilniiiil toiistnul.'ipur oicarbcllenieiits sitci.cs.'iifi

plus courantes et conserver celle qui donne une longueur de voussoir courant classique, c'est--dirc comprise entre trois et quatre mtres. Dans la majorit des cas, les cbles de flaux sont dimensionns en considrant la contrainte normale en fibre suprieure de la section situe au droit des cales provisoires, au moment du btonnage de la dernire paire de voussoirs, c'est--dire avant la mise en tension des cbles de flau ventuels ancrs dans ce voussoir. Dans le cas d'une dernire paire de voussoirs sans cble de flau, la phase de btonnage du voussoir de clavage peut tre dimensionnante. 2 tape : dtermination du cblage de continuit intrieur au bton (ou cbles clisses) Le cblage de continuit intrieur au bton est dimensionn en phase de construction. Il doit reprendre l'effet du gradient thermique en phase de construction avant mise en tension des cbles de continuit extrieurs au bton et l'effet du poids propre pour les traves de rive. Il doit galement reprendre une partie des redistributions d'efforts diffres. Gnralement, l'unit de prcontrainte retenue est la mme que celle des cbles de flau. 3 tape : dtermination du cblage de continuit extrieur au bton Ces cbles sont dimensionns pour reprendre les efforts en exploitation qui ne sont pas repris par les deux prcdentes familles de cbles. Le cblage doit vrifier deux conditions : rendre les contraintes de cisaillement admissibles en rduisant l'effort tranchant. rendre les contraintes normales admissibles.

Dans un premier temps, on peut ne s'intresser qu'aux contraintes de cisaillement et rechercher partir de quel voussoir elles sont admissibles sans la rduction apporte par les cbles extrieurs. On dtermine ainsi un emplacement du dviateur de la prcontrainte extrieure, qui est acceptable s'il est situ entre le tiers et le quart de la trave (tiers de trave pour paisseur variable et quart de trave pour paisseur constante). Il est noter que cette mthode ne permet que de dgrossir le trac puisque le cisaillement admissible dpend de la contrainte normale qui dpend elle-mme de la prcontrainte mise en uvre. Un premier trac tant ainsi obtenu, on peut dans un second temps s'intresser aux contraintes normales pour dterminer l'intensit de la prcontrainte. Le nombre de cbles extrieurs tant toujours surabondant sur pile, le cblage peut tre prdimensionn en s'intressant la fibre infrieure de la section de clef et en considrant que les redistributions d'efforts dues au fluage du bton crent dans cette section une contrainte de traction de l'ordre de 2 MPa. Le trac final peut tre obtenu partir de ces dgrossissages en effectuant quelques retouches comme : jouer sur la longueur des diffrents cbles (les cbles peuvent rgner sur une, deux ou trois traves), dplacer les dviateurs voussoirs. d'un ou deux

S'il n'y a pas de problme d'effort tranchant, il est galement possible de rduire le nombre de cbles extrieurs et de les compenser dans les zones centrales par des cbles clisses supplmentaires, plus conomiques car beaucoup plus courts.

Fonts en hton prcontraint construits par encorbellements successifs


rSj si*

4

COMPORTEMENT TRANSVERSAL ET LOCAL

Le prsent chapitre traite du comportement du tablier vis--vis : - des sollicitations (flexion et cisaillement) nes du comportement transversal du caisson, - des sollicitations tangentes provenant de la flexion gnrale longitudinale traites dans ce chapitre car il est indispensable de les combiner avec les effets locaux pour les justifications de dtail et pour la dfinition du ferraillage, - de la diffusion des efforts localiss, - ainsi que des efforts dans les lments spcifiques (voussoirs sur pile, dviateurs). Bien que la plupart des points prsents ne soient pas spcifiques aux ponts en encorbellement, il a t choisi de les dtailler car aucun autre guide ne les aborde. Par ailleurs, il est important d'avoir une bonne conception des ouvrages en section transversale plutt que de compter sur des calculs sophistiqus pour y remdier. Enfin, ce chapitre tente de montrer comment prendre correctement en compte les efforts dans les lments particuliers tels que voussoirs sur pile, voussoirs dviateurs, bossages d'ancrages, etc.

4.1 - PRINCIPES DE JUSTIFICATIONLes principaux points examiner lors du dimensionnement des ouvrages - en dehors de la flexion gnrale - sont : la flexion transversale ; les sollicitations tangentes ; les lments particuliers tels que les voussoirs sur pile et sur cule ; les efforts locaux, dus principalement la diffusion des efforts d'ancrages. On peut alors dterminer les armatures dans la section transversale en fonction du cumul des diffrentes actions dans la mesure de leur concomitance. Dans un ouvrage de hauteur constante, les calculs en flexion transversale sont mens dans la section courante. Dans un ouvrage de hauteur variable, ils sont mens gnralement dans une section prs de la pile et dans la section de clef Ceci permet de prendre en compte les diffrences de comportement entre deux sections de hauteurs extrmes, la section proche de la pile, de hauteur plus importante, tant plus souple que celle de clef Pour les ouvrages de hauteur constante prsentant un epaississement du hourdis infrieur sur appui, cette variation est suffisamment localise pour ne pas ncessiter, gnralement, de calcul spcifique par rapport la section courante.

61

Dans une section du tablier, les principales sections justifier sont en gnral les suivantes : hourdis suprieur : la racine de l'encorbellement, au droit du gousset ct intrieur, et au centre de la dalle ; dans les mes : au niveau du centre de gravit et aux extrmits suprieure et infrieure ; hourdis infrieur principalement. la racine du gousset

4.2.2 - DTERMINATION DES SOLUCITATIONS TRANSVERSALES Il faut rappeler que les caissons monocellulaires reprsentent la trs grande majorit des ouvrages construits en encorbellement. Les mthodes dcrites ci-aprs, et notamment les mthodes "simplifies", s'appliqueront donc ce type de structure. Dans le cas d'ouvrages plus complexes, seules les mthodes comportant une modlisation sophistique pourront rpondre au problme pos. En fonction du type de tablier traiter, on peut dterminer les efforts transversaux de diffrentes manires : avec un modle 2 D ; avec un modle 3 D ; l'aide d'un modle aux lments finis.

[ig. -i.l - Sections justilicr

4.2.2.1 - Calcul avec modle 2 D (abaques + calcul en cadre) Pour le hourdis suprieur, il est possible de dterminer les efforts partir d'abaques, soit intgrant directement les charges rglementaires franivcar ciicoilx'llciiieiUs successij's

4.5.2 - CLEFS DES VOUSSOIRS PRFABMQUS Dans les ouvrages prfabriqus, les voussoirs comportent des clefs multiples assurant la transmission de l'effort tranchant. On considre que le cisaillement est repris sur la section de la clef : X, = 0,65f. + ab t|

avec

fjj

rsistance caractristique la traction du bton contrainte normale au centre de gravit de la sectionDtails des cls26

o

Les clefs, et elles seules, reprennent l'effort tranchant avant que la colle ne soit polymrise. Une clef classique comme celle reprsente ciaprs (Fig. 4.25) peut reprendre : V , = T, .0,10.b avec b largeur de la clef etadb

2

6

2

l

2

Vn + 1

\Vn

/16

\

( I M

'

une section de cisaillement de 0,10 m Dans certains cas de rythme de pose lev, on peut brler plusieurs voussoirs avant que le premier joint ait polymris (jusqu' quatre voussoirs l'Ile de R, par exemple). Le calcul du nombre ncessaire de clefs en dpend donc : on considre que l'effort tranchant de n voussoirs est repris par les seules clefs dans la premire section en fin de polymrisation. On doit ensuite prvoir des cls supplmentaires en cas de rupture de certaines d'entre elles au dcoffrage. Une fois la colle polymrise, l'effort tranchant est repris par toute la hauteur de l'me, comme pour les ouvrages couls en place. Il est indispensable que les cls dbouchent sur une face de l'me pour permettre l'vacuation de la colle lors de la mise en compression du voussoir ; pour des raisons videntes d'esthtique, on s'arrange pour que ce dbouch se fasse du ct intrieur du caisson. Par ailleurs, il faut galement disposer des cls dans l'paisseur des hourdis suprieur et infrieur de manire viter les risques de pianotage des hourdis. Enfin, dans le cas des tabliers de hauteur variable avec des voussoirs joints verticaux, ces cls reprennent la composante verticale de la compression du hourdis infrieur qui s'incline progressivement vers les appuis.

Fig. 4.25 - Clefs de vou.s.soirs prfabriqus

Il est conseill de mettre un minimum de compression de 0,2 MPa sur la section de manire bien rpartir la colle dans toute la section (cf. 6.2.4). 4.5.3 - DFORMATION DES VOUSSOIRS PRFABRIQUS Il a dj t indiqu au paragraphe 4.3.2.4 que les ouvrages extrmement larges, qui sont de plus en plus nombreux, prsentent des comportements particuliers et notamment une largeur participante du hourdis rduite. Dans le cas des voussoirs prfabriqus, ils prsentent galement une difficult la mesure de leur largeur, bien que le phnomne soit propre tous les ouvrages prfabriqus : il apparat une dformation transversale en plan due au gradient thermique entre le voussoir en cours de prise et le voussoir dj btonn, dformation en "banane". Les consquences en sont une ouverture des joints lors de la reconjugaison des voussoirs et donc une rpartition non uniforme (dans le sens transversal) des contraintes pouvant entraner des fissurations des extrmits des joints. [Pour plus de prcisions, on se reportera l'article du journal of PCI - july-august 1995].

81 .

Ponts en bton prcontraint construits par encorheilements successifs

Pour certains projets extrmes, on peut atteindre une dformation cumule de 24 mm sur une trave d'environ 30 mtres de porte.C>formatlon aprs refroidissement

2) Les armatures comportent : un ferraillage transversal courant reprenant le cisaillement gnral ; un ferraillage complmentaire plac au voisinage des efforts concentrs pour reprendre la diffusion de ces efforts. Il est noter que les efforts de diffusion ne sont levs que pour les cbles extrieurs, du fait de leur forte puissance unitaire d'une part, et parce qu'on en arrte plusieurs dans la mme section (gnralement sur appui) d'autre part. Les cbles de flau, comme les cbles clisses, sont de plus faible puissance et il en est rarement arrt plus d'une paire dans une mme section, ce qui conduit des efforts de diffusion modrs. On doit respecter les rgles suivantes : le cumul des armatures de tranchant et de torsion est fait selon les articles 7.6.54 du BPEL 91 rvis 99 et A.5.4.4 du BAEL 91 rvis 99. le cumul des armatures de cisaillement de diffusion d'une part et d'effort tranchant et de torsion d'autre part est ralis selon l'article 4 de l'annexe 4 du BPEL 91 rvis 99 :

0

0 V0

LÊlvation de temprature due au btonnage du 2me voussoir Fig. 4.2(1 - Dlonnulion des voLiNsoirs prfabriquOs

A

4.6 - RGLES DE CUMUL DES ARMATURES PASSIVESmax. 1.3- - Ferrailkige des mes /'(jiits eu Ix'luii prcoiitruiiit coiistrnilspur ciiairhelleiiiciits successifs

Armatures

longitudinales

Dans le cas des voussoirs couls en place, la continuit des armatures longitudinales ne peut - sauf exception - respecter la rgle des recouvrements dcals selon l'article A.6.1,23 du BAEL en raison des problmes d'encombrement par rapport aux dimensions du voussoir Phnomne aux pices spcifique massives

Les voussoirs sur pile, voire les voussoirs proches, sont des pices massives pour lesquelles il est souhaitable de procder une tude spcifique pour valuer les sollicitations dues au retrait thermique lors du refroidissement diffrenciel dans la masse du bton aprs l'hydratation du ciment. La temprature est d'autant plus leve que le volume et l'paisseur de bton coul et la chaleur d'hydratation du bton sont plus importants. Cette tude peut conduire mettre au point une cinmatique de ralisation du voussoir sur pile optimise tenant compte du type de ciment et des dispositifs ventuels mis en uvre pour assurer un refroidissement rgulier et homogne du bton. En tout tat de cause, il est ncessaire de disposer un ferraillage de peau capable de matriser l'ventuelle fissuration priphrique de cette structure. Par ailleurs, cette lvation de temprature n'entrane pas seulement des efforts, mais peut galement conduire des ractions internes du bton, encore appeles ractions sulfatiques qui peuvent conduire des dsordres graves dans la structure mme de l'ouvrage. Le risque d'apparition de ce phnomne n'existe que pour les fortes paisseurs, de l'ordre du mtre par exemple.

Fig. 4.33 - VSP de grande taille

87 .

Ponts en hton prcontraint constniils par encorbellements successifs


I^

STABILITE DES FLAUX

Le prsent chapitre est entirement consacr au problme de la stabilit des flaux en construction. Il prsente successivement les causes du phnomne d'instabilit, les diffrentes solutions de stabilisation et, enfin, les justifications apporter.

5.1 - PRINCIPE DE LA STABILITE DES FLAUXPendant la construction des ponts par encorbellements successifs, il est ncessaire d'assurer la stabilit des flaux sur leur pile avant clavage avec le flau voisin ou avec la partie coule sur cintre, en trave de rive, prs des cules. L'accident viter est le basculement du flau sur le chevtre de la pile. Pour valuer ce risque, deux types de situations crant des dsquilibres sont envisager : une situation temporaire de construction alors que le flau est en dsquilibre sous l'effet du poids d'un voussoir construit ou pos avant son symtrique, de charges de chantier non symtriques et d'un vent ascendant s'exerant sur l'un des demiflaux ; une situation accidentelle qui correspond la chute d'un quipage mobile ou d'un voussoir prfabriqu.

Fig. 5.1 - Flau prt'FabriquO en cour.s de con.struction

is

Setra

Dans les deux cas, les com^binaisons d'actions utiliser relvent de l'tat limite d'quilibre statique. Deux familles de combinaisons sont tudier : des combinaisons fondamentales correspondant la premire situation et des combinaisons accidentelles correspondant la seconde. Dans le premier cas, on vrifie que le flau ne dcolle pas de ses appuis provisoires ; dans le second cas, un lger dcollement est tolr avec une surtension limite des armatures actives assurant le clonage du flau sur sa pile. Il faut galement vrifier la rsistance de l'ensemble des pices mcaniques qui participent la stabilit et celle de l'ensemble de la pile et de sa fondation. Cette deuxime vrification relve de l'tat limite ultime de rsistance. Par mesure de simplification, les C(Efficients de scurit partiels des combinaisons utilises pour cette vrification sont identiques ceux employs dans le calcul de stabilit. Ce chapitre ne donne que des recommandations gnrales applicables des cas courants. Ainsi, les charges utiliser et les combinaisons d'actions tudier doivent tre adaptes en fonction de la cinmatiqut; de construction et du matriel utilis sur le chantier. Par ailleurs, pour des ouvrages comportant de grands flaux, construits en hauteur dans des sites exposs, un calcul supplmentaire au vent dcennal doit aussi tre effectu. Il faut aussi noter que les rgles figurant dans ce chapitre ne couvrent ni les erreurs d'excution, ni le non respect des procdures d'excution relatives au btonnage ou la pose (Jes voussoirs ou aux dplacements des quipages ou engins de pose. Avant la construction du premier flau, l'entreprise doit fournir au chantier des plans prcis et cots, indiquant tous les systmes mis en uvre, leur qualit et leurs tolrances. Une procdure spcifique doii; dcrire toutes les phases de construction, dfinir l'ordre des phases respecter impnitivement et mettre en garde contre les oprations dangereuses dont la probabilit d'occurrence n'est pas ngligeable. Cette procdure fait la synthse des diffrentes notes de calculs et des mthodes de construction. Rdige par le service "Mthodes" du chantier, elle doit tre valide par le bureau d'tudes et le chantier et doit tre connue de tous ceux qui participent la construction du tablier, notamment les chefs de chantier et chefs d'quipe.PuiHs eu bton prcoiilniiiil

Les oprations prvues par cette note ne peuvent tre modifies sans l'accord pralable du rdacteur et du bureau d'tudes qui a fait les calculs de vrification de la stabilit.

5.2 - DISPOSITIFS DE STABILITE DES FLAUX 5.2.1 - DIFFRENTS PROCDS DE STABILISATION DES FLAUXLe choix du procd de stabilisation des flaux dpend en grande partie de la conception gnrale de l'ouvrage (voir chapitre 2). La travure, le systme d'appui dfinitif et la conception des piles jouent videmment un rle dterminant au moment du choix de ce dispositif. Il existe six procds principaux permettant d'assurer la stabilit des flaux sur leurs piles. Nous allons maintenant les voir en dtails. 5.2.1.1 - Clonage par prcontrainte

Le clouage par cbles de prcontrainte est la mthode la plus utilise pour stabiliser les flaux en phase provisoire (Fig. 5.2). C'est en principe la mthode la plus conomique pour des traves dont la porte est infrieure 120 mtres et dont les piles, relativement massives, offrent une surface de chevtre importante. Elle consiste tendre des armatures verticales pour plaquer le voussoir sur pile sur ses appuis.

Fig. - . .. ' stabililf par prcoiilrainif construits pur eiicorlx'llenieuts successifs

Pendant la construction, le voussoir sur pile repose sur un ensemble de cales provisoires ddoublant l'appui. L'utilisation des appuis dfinitifs pendant la construction des flaux n'est en effet pas conseille car les risques de dtrioration sont importants et qu'un calage des appuis en fin de construction est de toute faon indispensable. Les armatures de clouage passent ct des cales provisoires. Leurs ancrages suprieurs sont placs en gnral dans des bossages provisoires prfabriqus, poss sur le hourdis suprieur, parfois sur une poutre de rpartition mtallique (Fig. 5.3). Elles descendent ensuite travers le voussoir sur pile en passant prs des mes, ct ou dans l'entretoise d'appui.

Pour les ouvrages prfabriqus, un excentrement longitudinal du pied du lanceur produit un effet similaire (par la raction d'appui due son poids et ses cbles d'ancrage). Dans le cas de flaux courbes, on peut galement prvoir un excentrement transversal des cbles pour quilibrer le moment de torsion d la courbure du tablier. Les cbles de prcontrainte sont parfois remplacs par des barres. Cette solution n'est toutefois pas conseille, car en cas de mauvais alignement entre les rservations prvues dans le voussoir sur pile et le chevtre de la pile, la barre peut subir des flexions parasites susceptibles de provoquer sa rupture. 5-2.1.2 - Pales provisoires

Cbles de clouage Cales provisoires Appareil d'appui dfinitif Chcvtredelapile Ft de la pile

La mthode consiste augmenter l'entraxe des cales d'appui provisoires en les plaant sur des pales provisoires mtalliques ou en bton (Fig. 5.4). Elle n'est applicable que lorsque le tablier est situ une hauteur modre audessus du sol (moins de 15 mtres environ).

Fig. 5.3 - Coupe du VSP avec .ses cbles de clouage

En partie infrieure, les cbles sont soit boucls dans le ft de pile, soit ancrs de faon classique. Dans ce dernier cas, les ancrages peuvent se situer dans la face latrale de la semelle de fondation ou dans des bossages logs l'intrieur des piles, si celles-ci sont vides. La prcontrainte de clouage est gnralement centre sur l'axe de la pile. Dans quelques cas particuliers, il peut toutefois tre intressant d'excentrer longitudinalement les cbles pour en diminuer le nombre : lorsque le sens de pose ou l'ordre de coulage des voussoirs est impos ; si les demi-flaux sont dissymtriques ou composs de btons diffrents. Dans ces cas particuliers, il est toujours intressant de vrifier ce qui se passerait en cas d'erreur dans la procdure d'excution.

Fig. .4 - .Stabili.sation d'un flau l'aide d e pales provisoires

Cette mthode est utilise en site terrestre dans les cas suivants : pour des portes suprieures 100 mtres ; lorsque les dimensions des ttes de pile sont rduites, souvent pour des raisons architecturales ; lorsque les fts de pile prsentent une rsistance la flexion insuffisante pour assurer seuls la stabilit du flau. En site aquatique, elle reste envisageable condition d'appuyer les pales dans le batardeau, sur la semelle de la pile.


Le flau est en gnral stabilis par deux pales disposes symtriquement par rapport la pile. On rencontre toutefois quelques cas o le flau est stabilis par une pale unique, notamment lorsque : un sens de pose ou un ordre de btonnage est impos au chantier, une diffrence de poids due la gomtrie ou l'emploi de bton lger - affecte les deux demi-flaux, l'ouvrage est un pont bquilles, celles-ci ne pouvant reprendre de charges verticales tant que les flaux ne sont pas clavs. Une prcontrainte verticale sur pale complte gnralement le dispositif (Fig. 5.5). Cette prcontrainte est indispensable dans le cas d'une pale unique pour %'iter un basculement du cot oppos la pale. Cette prcontrainte peut aussi tre remplace par un contrepoids plac du cot de la pale (Fig. 5.6, LJAE ()()]).

lorsque les dimensions des ttes de pile sont rduites et ne permettent pas de donner un entraxe suffisant aux cbles de clouage (Fig. 5.8, LJAE 00]);

imi

l'ig. S.T - StahilitO assuivi par une- paice unique

..t

*,ii

i.53

5.

Pour les ouvrages voussoirs prfabriqus, citons pour mmoire une variante consistant solidariser par un tirant-buton la poutre de lancement l'un des deux demi-flaux afin d'en assurer la scurit au renversement. 5.2.1.3 - Cbles extrieurs provisoire ou haubanage

92

Les cbles de clouage peuvent tre disposs l'extrieur de la pile afin d'en augmenter l'efficacit. Ils sont alors ancrs dans les premiers voussoirs en encorbellement et passent l'extrieur du ft de pile (Fig. 5.7). En partie basse, ils sont ancrs dans des massifs contrepoids terre, ou bien rassembls dans la semelle de la pile (notamment en site aquatique o les ancrages bas peuvent tre logs dans le batardeau). Les cbles doivent tre injects pour les rendre adhrents dans la semelle. Ils doivent tre protgs contre la corrosion et contre les chocs que pourraient subir leurs parties ariennes. Cette mthode est surtout utilise : pour des portes suprieures 100 mtres ;l'ig. ^.6 - Conirepoitls lie stabilit d'un tlaii l'di'ls Cil hctuii /iivcoiiliiiiiil coiistriiils fkir eiicorhc/li'iiicnts siuwssijs

l'ig. .7 - .Slahililc du llau par cbles e-xtrifiirs

Setra

Certains haubans inclins peuvent aussi servir limiter la torsion de la pile sous les efforts horizontaux dissymtriques dus l'action du vent sur chaque demi-flau (ou sous les effets dynamiques du vent). Signalons en outre qu'il est parfois plus efficace de haubaner la pile plutt que le flau notamment pour des ouvrages de grande hauteur mais de faible porte (ce qui est toutefois assez rare). Fig. S.8 - Stabilit par cbles uxtrifurs d'une pile dont le chevtre est de trop petite taille ^'"" 5.1.2.4 - Clavage de la trave arrire

Un vritable haubanage provisoire peut aussi tre utilis pour rsister aux sollicitations dynamiques dues au vent pour les ouvrages de grande hauteur et de grande porte, ou pour des ouvrages plus modestes, mais dans des sites exposs Fig. 5.9, [BOU 94.3] et [GAC 98]). Dans ce cas, les haubans sont ancrs en partie haute dans un voussoir situ au quart ou au tiers du demi-flau, et au sol sur un massif contrepoids quip de tirants verticaux ou de pieux travaillant en traction. On peut galement trouver un ancrage efficace et conomique en s'accrochant sur les semelles des piles voisines. Ce haubanage amortit de faon trs efficace le balancement autour d'un axe horizontal perpendiculaire l'axe du tablier. Il vient en complment d'un encastrement ou du clouage vertical produit par des cbles sur pile. Les haubans sont gnralement constitus de cbles de prcontrainte extrieurs tendus des valeurs modres (30 % de la tension maximum du cble).

Dans le cas oii l'ouvrage comporte des traves de longueurs trs ingales ou des traves de rive trs courtes, on peut profiter des clavages sur les petites traves pour assurer la stabilit des demi-flaux adjacents (Fig. 5.10).Au dbut de la construction du flau, la stabilit doit tre assure par des moyens classiques. Lorsque le flau atteint le milieu de la trave la plus courte, on ralise le voussoir de clavage. Le demi-flau le plus long est alors construit en surencorbellement en profitant du poids de la trave arrire pour compenser le dsquilibre. Contrepoids

Fig. 5.10 - Clavage d'une trave arrire avec contrepoids et surencorl')ellement 5.2.1.5 Encastrement sur pile

Lorsque le flau est encastr de faon dfinitive sur sa pile, le calcul de stabilit se rduit aux calculs de rsistance du ft et des fondationsd e la pile (Fig. 5.11).

Fig. 5.9 - Haubanage d'un flau (.lu pont de Tanus

Setra

Setra

Fig. 5.11 - Enca.strement du llau sur pile


iiK. 5.12 - l'ilc fts dcioubls

Pour des ouvrages soumis des vents trs importants, des hauban.s complmentaires doivent souvent tre tendus, ce qui impose des justifications supplmentaires sous l'effet dynamique du vent (voir paragraphe 5.2.1.3). Cette solution s'impose galement dans le cas de fts de pile ddoubls (Fig. 5.12). 5.2.2 - AMNAGEMENT DES TTES DE PILE Dans les cas les plus frquents, les ttes de pile doivent tre conues pour recevoir (Fig. 5.13) : les appuis dfinitifs constitus en gnral de pots d'lastomre ; les cales de stabilit ou d'appui provisoires ; les cbles de clouage ; les zones de verinage pour le rglage des flaux en fin ou en cours de construction, ou le changement des appareils d'appui ; les dispositifs de visite et de contrle des appareils d'appui en service ; les butes anti-sismiques ou en cas de risque de choc de bateaux.

La taille des appareils d'appui dfinitifs varie normment selon les ouvrages : de 0,50 x 0,50 mtre pour les ouvrages de petites portes 1,10 X 1,10 mtre voire plus pour les ouvrages de grande porte. Pour valuer la surface ncessaire aux appareils d'appui pot d'lastomre, on peut consulter les catalogues des fournisseurs. Ces derniers donnent les dimensions en plan en fonction de la raction maximum sous combinaisons rares l'tat limite de service. En l'absence de tels catalogues, on peut approcher le diamtre du pot en considrant que l'lastomre travaille 30 MPa, sous ces mmes combinaisons et les dimensions de la platine en considrant que la contrainte sur le bton de la pile est limite 0,6 f^. ^^ | Pour les ouvrages modestes dont le tablier est pos sur des appareils d'appui en caoutchouc frett, cette surface se calcule avec une pression de 13 15 MPa TELS dans les mmes conditions que prcdemment. Dans les deux cas, le dbord minimum par rapport au nu de la pile est de 15 centimtres.

94

CSH53

7.

Vrin 450 t

Appui provisoire

. Vrin 4501

nb

^ Plaque ~" 450 X 550

^ t e s b1^Boite sable

3-

Matage

Appui dfinitif non cfiarg l'ig. -1.13 - .SiliL-ma c.rariicn;igi.'iiiont (.lunt- liMi- i l r pilr

Vue en planJ'oiils cil Jh'tuii pivcoiititiiii!

Coupe longitudinalecoiislnii/s /Hir (lU'iiiiK'llciih-ii/s

siuccssi/'s

'^"^^^^

IJI^-P.

Fig. 7.J1 - Vci-ins de calage et de rglage et appareil d'appui dfinitif La surface des cales provisoires est dtermine par le calcul de stabilit du flau (voir paragraphe 5.5.2). Les cales pleines peuvent aussi tre remplaces par des boites sable qui prsentent l'intrt de pouvoir tre retires sans soulever le tablier. Les vrins doivent pouvoir soulever le flau complet avant son clavage pour passer sur appuis dfinitifs et aussi permettre le changement des appareils d'appui en service. Toutefois, pour cette dernire opration, la surface de chevtre rserve aux cales provisoires peut tre rcupre. On ne doit donc tenir compte que du soulvement en phase de construction. titre indicatif, des vrins de 500 tonnes ont un diamtre de 40 centimtres. Ils doivent tre poss sur des cales mtalliques (par exemple de 0,50 x 0,50 m) pour limiter la contrainte sur le bton environ 20 MPa. Les valeurs des contraintes limites dpendent videmment de la rsistance la compression du bton des ttes de pile. Elles sont donnes au paragraphe 5.5.2. Notons galement que la hauteur libre rserver entre la sous-face du tablier et le sommier d'appui est de cinquante centimtres environ pour des vrins de 500 tonnes de capacit 5.2.3 - AMNAGEMENT DU VOUSSOIR SUR PILE La conception des voussoirs sur piles et des ttes de piles doit intgrer le plus tt possible les contraintes inhrentes aux dispositifs de stabilit du flau. En effet, les dispositifs de stabilit qui traversent verticalement le voussoir sur pile (cbles ou barres de prcontrainte) interfrent avec les cbles de flau situs dans les goussets suprieurs, les tubes dviateursPonts en bton prcontraint cunstniiispar

Setra

Fig. 5.15 - Tte d'une pile du pont de l'Ile de R

Fig. 5.16 - Clonage d'un voussoir snr pile coul en place

Setra

qui laissent passer les cbles extrieurs filants et le ferraillage de diffusion des ancrages de cbles extrieurs arrts sur pile (Fig. 5.16). Il faut aussi traverser des zones fortement ferrailles du hourdis infrieur compte tenu des problmes de transmission des ractions d'appui provisoires et dfinitives vers les mes du caisson. Dans tous les cas, le dispositif de clouage sera conu de faon ce que la transmission des efforts vers les cales d'appui soit la plus directe possible. En partie suprieure, les cbles doivent tre ancrs dans des zones paisses. Les cbles de clouage passent dans l'entretoise sur pile si elle est trs paisse, ou proximit et prs des mes si elle est plus mince (Fig. 5.17). Un systme de bossages, de poutre de rpartition et de montants verticaux doit galement tre prvu pour transmettre l'effort de vrinage en fin de construction du flau.encorhellements successifs

Fig. 5.n - Cahige dm vciussoir prfahriqu sur pik-

Coup* I l

5.3 - ACTIONS A PRENDRE EN COMPTELes charges prendre en compte pour cette phase particulire de construction du flau sont celles d'une situation d'excution. Le BPEL91 distingue, pour cette situation, les charges permanentes (G), les charges d'excution connues QpR< (en grandeur et en position) ou alatoires (rccoiitraiiU construits par encurhclh'inenis successifs

On notera que : pour le calcul des piles et des fondations, c'est l'ensemble du flau et de sa pile qui doit tre charg ; pour les ouvrages de grande hauteur, l'tude dynamique prescrite dans le paragraphe prcdent devra prendre en compte cet effet horizontal du vent. 5.3.3 - ACTIONS ACCIDENTELLES La chute de l'ensemble ou d'une partie d'un quipage mobile vide ou d'un voussoir prfabriqu en cours de pose (F^) est prise en compte avec un coefficient de majoration dynamique de 2 pour tenir compte de l'nergie accumule par la dformation du demi-flau concern par la chute. Cela revient inverser le sens du poids de l'quipage Qpro max ou du dernier voussoir prfabriqu sur l'un des demiflaux (Fig. 5.21).

5.4 - COMBINAISONS D'ACTIONS EN CONSTRUCTIONLa justification des flaux doit tre effectue vis--vis de : l'tat limite ultime d'quilibre statique, o l'on vise assurer la stabilit des flaux sur leur pile ; l'tat limite ultime de rsistance, pour les diffrents organes mis en place spcifiquement pour assurer la stabilit ainsi que pour les lments sollicits au cours de ces phases, en particulier les piles et ttes de pile et leurs fondations. Pour chaque tat limite, compte tenu de la nature des actions, on distingue la situation temporaire de construction, qui relve d'une justification sous combinaison fondamentale, et la situation accidentelle, qui relve d'une justification sous combinaison accidentelle. Pendant les tudes d'excution, ces vrifications doivent tre effectues de faon systmatique pour le coulage ou la pose de toutes les paires de voussoirs. Comme dj signal plus haut, les rgles prsentes ci-aprs sont moins svres que celles des Directives Communes sur le Calcul des Constructions de 1979, pour lesquelles il conviendrait de pondrer le poids propre d'un cot par 1,1 et le poids propre de l'autre par 0,9. Il faut donc les viser dans les CCTP en drogation des DC79, car elles ne sont pas des rglements au sens juridique du terme. 5.4.1 - COMBINAISONS EN SITUATION TEMPORAIRE DE CONSTRUCTION (TYPE A) Pour la vrification aux tats limites ultimes d'quilibre statique, le flau ne doit pas dcoller de ses appuis provisoires. Si le flau est encastr sur pile, aucune vrification d'quilibre statique n'est requise, mais il faut vrifier la rsistance de la pile. Pour la vrification aux tats limites ultimes de rsistance, les diffrents organes (cales, cbles, pales, haubans provisoires, ...) ainsi que les appuis et fondations les supportant sont vrifis avec les coefficients de scurit sur les matriaux correspondant la combinaison fondamentale.

Fig. S.21 - (|iiipagt.' iiioliil

Setra

en cours tic dOplacement

Pour un ouvrage coul en place, toute charge mobile pendant une ou plusieurs phases de dplacement de l'quipage est susceptible de chuter. Dans la plupart des cas, les calculs sont mens en considrant que l'intgralit de l'quipage mobile peut tomber. Une valeur plus faible peut toutefois tre adopte moyennant une tude particulire de la scurit de l'quipage tablie par les concepteurs de cet quipage au dbut des tudes d'excution (cf. fasc. 65A). Pour les ouvrages prfabriqus, toute pice non brle par prcontrainte pendant une ou plusieurs phases de la cinmatique de pose est susceptible de chuter.

99 .

Ponts en bton prcontraint construits par encorhi'llements successifs

Pour les ouvrages couls en place, au niveau du predimensionnement, on peut considrer que la phase dimensionnante est le coulage de la dernire paire de voussoirs. On suppose que les deux quipages ont t avancs, que l'un des deux voussoirs a t btonn, alors que l'autre btonnage reste faire ou a donn lieu une vidange de l'quipage provoqu par un dfaut du bton. De mme, pour les ouvrages prfabriqus, en cours de dgrossissage, on tudie le flau lors de la pose de la dernire paire de voussoirs. L'un des deux voussoirs est suppos brl l'extrmit du flau et libr de l'engin de pose. L'autre voussoir n'est pas encore pos. Le flau est donc tudi avec un dsquilibre d'un voussoir. Il est indispensable de j^rendre en compte systmatiquement ce dsquilibre, mme si la cinmatique de pose ou de btonnage prvoit des oprations simultanes. En effet : pour un omrage prfabriqu, la synchronisation totale des oprations ne peut tre garantie ;

pour un ouvrage coul en place, un incident de btonnage peut conduire vider le bton frais de l'un des quipages, mme s'ils sont raliss simultanment. Les combinaisons d'action tudier sont donc les suivantes : Cas des ouvrages couls en place (Fig. 5.22)

Combinaison A) : 1,1 (G ,^^ + G ,() + 1,25(QpRCI max + QpRCl min + QFRAI " QFRA2 t+ QwD

Combinaison A.^ : 0,9 (G n,.,^ + G ,j) + 1,25(QpRC:i max + QPRCI min + QPRAI + QpRAi [" QwD

Dans ces formules, Q^ dsigne l'action supplmentaire du vent prendre en compte pour les ouvrages de plus de 120 mtres de porte ou exposs des vents forts et frquents (voir 5.3.2.3) Cas des ouvrages prfabriqus (Fig. 5.23)

Combinaison A, : 1,1 (G ,^^ + G ,,) + 1,25(QpRCl max + QpRCi min + QPRM + QPRA2 [ Qwl)

Combinaison Aj : 0,9 (G ^^^ + G ;) + 1,25(QpRCl max + QpRCl min + QPRAI + QpRA2 [+ Q w D

Fig. T.22 -- SItiialion temporaire df conslniction con.sidrer pour les ouvrages couls en place

PRA2

L'quipage de gauche est vide (n - 1 voussoirs gauche)

L'quipage de droite porte un voussoir (n voussoirs droite)

l'ig. 5.2.^ - .Situation temporaire de construction considrer pour les ouviages prfabriqus

PRA2

(n - 1 voussoirs gauche) ro:ils eu bton prcontraint construits par encorbellements snccessijs

(n voussoirs droite)

5.4.2 - COMBINAISONS ' ACCIDENTELLES DE CONSTRUCTION (TYPE B)Ces combinaisons sont utilises pour la justification vis--vis des tats limites ultimes de rsistance sous combinaison accidentelle des organes destins assurer l'encastrement provisoire ainsi que des appuis et fondations supportant les flaux. En situation accidentelle, l'ouvrage doit pouvoir rsister la chute d'un quipage mobile ou la chute d'un voussoir dans le cas d'un ouvrage prfabriqu. Dans ce cas, le flau peut dcoller de ses cales d'appui provisoires mais la scurit est assure en mobilisant pleine capacit les matriaux, par exemple, dans le cas de prcontrainte de clouage, par surtension de ces cbles. Cas des ouvrages (Fig. 5.24) couls en place

Cas des ouvrages

prfabriqus

(Fig. 5.25)

B l : 1,1 (G n,ax + G in) -I- FA - (QpRci max + H QpRCl min + QpRAl " QpRA2) B2 :0,9 (G , , + G i) + F^ + (QPRCI m a x

QpRCl min + QPRAI + QpRA2)

5.4.3 - RGLES SPCIFIQUES AUX OUVRAGES DE GRANDE HAUTEURLes ouvrages de grande hauteur sont en gnral trs sensibles l'action du vent. Des rgles spcifiques doivent leur tre appliques, non seulement pour ne pas les pnaliser par une pression statique quivalente trop importante, mais aussi pour vrifier le comportement du flau sous les effets dynamiques du vent. Pour les grands flaux, par exemple lorsque la somme de la porte et de la hauteur de la pile dpasse 180 mtres, une tude l'tat limite ultime sous vent turbulent est indispensable. Ce calcul dynamique spcifique, qui se fait l'aide d'un ou plusieurs programmes spcialiss dans l'effet du vent (programme PCP par exemple), a pour but d'valuer l'amplitude des oscillations induites par la turbulence du vent sur une structure souple.

*B, : 1,1 (G n,^^ -I- G n,in) + F^ 'AQpRAl QpRA2)

" (QpRCl max +

B2 :0,9 (G , , + G î) -h F, + (QpRci m a x + FA ,9 +IpRAl + QpRA2)

Fig. 5.24 - Situation accidentelle considrer pour les ouvrages couls en place

F A = - Q PRCl max'PRAl

'PRA2

WIf^

NAIfQpRC 1 max '

T\ '

L'quipage de gauche est vide (iiy - 1 voussoirs gauctie)

L'quipage de droite porte un voussoir (n - 1 voussoirs droite)

Fig, 5.25 - Situation accidentelle considrer pour les ouvrages prfabriqus

PRA2

(riy - 1 voussoirs gauche)

(n^ voussoirs droite)


Ce calcul ncessite : une description statique du vent et de ses fluctuations (vitesse de rfrence du vent, rugosit du site, altitude, turbulence du vent, etc.) ; une analyse dynamique modale de la structure donnant les dformes et les priodes des premiers modes propres, ainsi que les masses gnralises correspondantes ; les caractristiques arodynamiques (coefficients de trane, de portance et de moment) du tablier et des piles (certains de ces coefficients pour des formes simples peuvent tre dtermins par l'application des rgles de l'Eurocode 1 - Actions du vent et de la neige sur les structures, d'autres sont obligatoirement issus d'essais en soufflerie). Le cumul de l'effet statique et de l'effet dynamique permet de dterminer et de vrifier les contraintes dans le bton et les armatures du ft de pile. Les calculs dynamiques sont mens en construction l'tat limite ultime seulement et en considrant l'effet du vent dcennal. En service, ils sont mens avec un vent cinquantennal l'tat limite ultime mais aussi l'tat limite de service. La rglementation actuelle couvrant assez mal ce type de justifications, le CCTP doit parfaitement expliciter les actions, les combinaisons d'actions et les coefficients de scurit adopter Le lecteur pourra se reporter au document "Comportement au vent des ponts " de l'AFGC, ainsi qu'aux articles intituls "Pont de Tanus : Les tudes des effets du vent" [BOU 94.3] et "Le viaduc de Bourran R(jdez " [BOU 91] pour des prcisions supplmentaires. Il est important de prciser que l'tude dynamique des effets du vents doit tre prvue au stade du projet parce qu'elle peut remettre en cause la conception de l'ouvrage mais aussi, parce que le recueil des donnes indispensables ce calcul est souvent assez long, ce qui pnaliserait les dlais des tudes d'excution.ec = 2 d - e F'ig. .l" - tit'oinliic

5.5 - JUSTIFICATION ET DIMENSIONNEMENT DES ORGANES D'ANCRAGEOn tudie ici uniquement le cas particulier de la stabilit des flaux reposant sur deux files de cales provisoires et clous sur leurs piles par deux files de cbles (Fig. 5.26). Les justifications des organes de stabilit des autres mthodes sont prsentes plus sommairement dans le paragraphe suivant. Pour ces calculs, le voussoir sur pile est suppos indformable. La position de chaque cale ou appui provisoire tient compte d'une erreur de pose de 5 centimtres (dans le sens d'un rapprochement de ces appuis provisoires).

fables de c louage Cales provisoires Appareil d'appui dfmilif Chevtre de la pile Ft de la pile

Fig. S.26 - .Scht'iiui (.kl cloiiiigc sur pilr par cblt

5.5.1

CALCUL DU NOMBRE DE CBLES

On appelle M et N les sollicitations rsultantes des combinaisons de type A et B. On calcule M et N pour chacune des quatre combinaisons Aj, A^, B, et B2. On note e la distance entre axes des deux files de cales d'appui provisoire et d la distance entre un cble et la file de cale oppose (Fig. 5.27). On calcule tout d'abord l'excentricit de la rsultante des efforts : M/N.

File B de cales d'appui Une file de ebles de elouage

du sysliiK' tic ^'louage

l'uiits en hcttiii pivconiraiiil

CDiisIniilspar

eiicorhellciiiciits

successifs

I ..*iDans le cas o M/N < e/2 , le flau ne risque pas de basculer ; les cbles de clouage ne sont donc thoriquement pas ncessaires ; on dispose toutefois, par scurit, un minimum de deux paires de cbles (Par exemple, une paire de cbles 12T15 par file de cales). On a :

a=Minfo,80fpOVP'9

,0,90f

peg F

fprj, et fppj, limites de r u p t u r e et lastique et s section du cble

avec

2

e

"

et

R = + + F., b 2 e '^

F = 2 X ( 1 - p) X a . X sUne nie de n cbles de clouagi ec = 2 d - e Fig. 5.28 - El'forts daiLS les cbles et ractions d'appui

(force d'une file de deux cbles avec p % de pertes) (TpO

=Minf0,80fVprg

,0,90fpeg

fprg et fpj, limites de rupture et lastique et s section du cble Les valeurs de e et de d dcoulent des dimensions du voussoir et de la tte de pile. Il est difficile de donner des conseils sur les valeurs minimum de e et de d car celles-ci dpendent beaucoup de la longueur du flau et de la largeur du caisson. Des valeurs de 3,00 3,50 m sont courantes pour e et d, ce qui ncessite des ttes de pile de 4,50 5,00 m de largeur Dans le cas o M/N > e/2 , des cbles de clouage doivent rtablir l'quilibre du flau. Pour calculer le nombre de cbles disposer, on distingue le cas des combinaisons de type A de celui des combinaisons de type B. 5.5.1.1 - Situation temporaire de construction (combinaisons

eOn a donc : nx s=

2

(l-p)xCTpQ

en estimant

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ponts en béton précontraint construits par encorbellements successifs