Mini projet Pont

Introduction

L’étude de conception et dimensionnement d’un ouvrage d’art se déroule en trois phases essentielles.

La première étant l’étude de définition qui à pour objectif la sélection d’un ensemble des variantes qui semblent les mieux adaptées aux contraintes naturelles, fonctionnelles et financières de l’ouvrage. Elle portera essentiellement sur l’étude hydrologique et hydraulique afin de caler l’ouvrage (indice très important pour le choix des variantes à adopter et pour la détermination des paramètres de dimensionnement de l’ouvrage : emplacement des culées, l’intrados, nombre et type de piles …).

La deuxième étant l’étude d’avant projet, dans laquelle on s’intéresse à la conception et le pré-dimensionnement des éléments de chaque variante (tablier, appuis, fondations..) en se référant aux dispositions les plus courantes. Puis à une estimation comparative des coûts des deux variantes, pour constituer le deuxième critère de sélection du projet optimal.

La dernière phase qui est l’étude d’exécution, comportant les calculs exhaustifs des différentes parties de notre ouvrage, va mettre le point sur l’inventaire des charges permanentes et routières susceptibles de solliciter le pont, le calcul des sollicitations dans chaque élément, la vérification d’état des contraintes, et la détermination du ferraillage nécessaire.

On s’intéressera dans le présent rapport à la phase de conception et de pré-dimensionnement.

Partie 1 :

Etude de définition

Cette partie a pour objectif la sélection d’un ensemble des variantes qui semblent les mieux adaptées aux contraintes naturelles, fonctionnelles et financières pour le site. Une estimation sommaire des variantes nous permettra de choisir une solution envisageable.

Choix du type de l’ouvrage :

Données :

Données fonctionnelles du projet :

Longueur du tablier=450m

Gabarit=10m

Données naturelles du projet :

Type de sol : compact

Les différents types d’ouvrage :

Pont dalle en béton armé

Les ponts-dalles sont constitués dans le sens longitudinal par une dalle pleine de béton coulé en place, à inertie constante, à travée unique ou à plusieurs travées continues sur appuis simples. Ce type des ponts a des portées économiques variant entre 10 et 15 m voire même 18m pour une seule travée.

Parmi les avantages des ponts dalles :

- Minceur et légèreté relatives.

- Construction rustique.

- Liberté dans la conception des formes.

7mBDG 0.75mBAU 2m

Ils présentent plusieurs inconvénients, on cite :

- Travées de faible portée - Coffrage - Sensibilité aux tassements différentiels.

Pont dalle en BP :

Ce type de tablier présente les mêmes avantages que le pont dalle en béton armé mais avec un meilleur élancement (une portée variant de 20 à 50) et une consommation en aciers passifs plus faible que ce dernier (La précontrainte longitudinale intervient, par son effort normal et ses poussées au vide, dans le sens d'une réduction des efforts dans la structure). Cependant, les moments hyperstatiques développés par le câblage de la précontrainte filante augmentent son efficacité dans les zones d'appuis, où les moments atteignent leurs valeurs les plus élevées.

Pont à Poutres en BA :

Il est caractérisé par des portées économiques variant de 15 à 30 m pour chaque travée.

Il présente les avantages suivants :

-La préfabrication : Son mode de construction permet d'éviter le recours aux cintres s'appuyant sur le sol. Il permet aussi d'envisager des formes de poutres assez élaborées. Le recours à la préfabrication a également une incidence sur les délais d'exécution de l'ouvrage, puisqu'il est possible de rendre indépendante la fabrication des poutres du reste du chantier.

- Insensibilité aux déformations: Son fonctionnement isostatique la rend pratiquement insensible aux déformations imposées, en particulier aux tassements différentiels des appuis et aux effets d'un gradient thermique.

Cependant, il a des inconvénients qui sont :

- Conception limitée des formes : Le tablier, constitué de poutres rectilignes, est naturellement bien adapté aux franchissements rectilignes. En revanche, il ne s'adapte que plus difficilement aux franchissements biais ou courbes.

- Esthétique : Une autre critique peut être soulevée à propos de la qualité architecturale de ce type de tablier.

Pont à Poutres en BP : Comme pour les ponts à poutres en BA, on distingue les ponts à poutres en BP à travées indépendantes et ceux à travées continues.

a- Pont à poutres continues en BP :

Il présente les avantages suivants : - La surpression des joints entre les travées ce qui représente un confort pour l'usager. - La possibilité d'avoir des portées plus importantes, et par conséquent une réduction des nombres d'appuis souvent très coûteux.

Mais, on n’a pas la possibilité de les préfabriquer sur chantier (car il faut assurer la continuité du câble le long des poutres), ainsi que les moments hyperstatiques développés par le câblage dans les zones d'appuis peut entrainer l’instabilité des piles. En général les structures hyperstatiques soulagent le pont, mais ils chargent le sol.

b. Pont à poutres préfabriquées indépendantes en BP :

Les poutres sont le plus souvent parallèles et équidistantes. Elles sont réalisées pour avoir bon rendement mécanique qui permet à la structure de bien se placer dans la gamme des portées moyennes, à savoir d'une trentaine à une cinquantaine de mètres.

Pont en béton précontrainte construit par encorbellement successif :

Ce type de pont peut être employé en cas de travées de grande portées : 70m jusqu’à 200m.

Cette méthode de construction peut être mise en œuvre quelles que soient les caractéristiques naturelles de la brèche (profondeur importante, versants abruptes, sols de très mauvaise qualité, sitemaritime, etc).

Toutefois, Lorsque les portées principales d'un ouvrage sont inférieures à 65/70 m, le tablier le plus économique est en général de hauteur constante, car les gains apportés par la simplification des outils de coffrage du tablier et du ferraillage sont bien supérieurs aux gains de matière possible. Dans ce cas, la hauteur du tablier est comprise entre un 1/20 à 1/25 de la portée maximale, avec un minimum de 2,20 m pour permettre une circulation satisfaisante à l'intérieur du caisson.Cette condition est contraignante avec un gabarit de 10m. Un autre inconvénient important de cette méthode est l'importance des tâches à effectuer in situ tant pour le coulage du tablier que pour l'aménagement des accès au chantier, Et demande un coffrage assez spécifique.

Après l’analyse de ces différentes variantes nous avant opté pour un pont à travées indépendantes à poutres précontraintes qui est le mieux adapté à notre cas.

Variante adoptée : pont à poutre indépendante en béton précontraint.

Partie 2 :

Etude d’avant projet

Prédimensionnement du tablier du VIPP :

Conception générale :

L’ouvrage est constitué de 10 travées isostatiques de 45 m de portée, chaque travée comporte 4 poutres préfabriquées avec un entre-axe de 3.25m, entretoisées au niveau des appuis (pas d’entretoise intermédiaire) et solidarisées transversalement par l’hourdis.

Les hourdis généraux sont réalisés par-dessus les poutres sur toute la largeur du tablier, Ils sont plus faciles à coffrer puisque les coffrages peuvent être simplement appuyés sur les extrémités des tables de compression.

Epaisseur de l’hourdis= P/16=3/16=0.18m avec P=3.25-0.25=3m distance entre nue de poutre.

Eléments de pré-dimensionnement :

PoutresLa section transversale : Les poutres en double Té . a. Espacement des poutres Dans ce projet, on va positionner les poutres de rive le plus près des bords libres du tablier, de manière à supprimer la partie de hourdis à couler en encorbellement, difficile à coffrer. On adopte un Entre axe égale à 3.25m b. Hauteur : L'élancement usuel =1/17 de la portée, ce qui fixe la hauteur totale du tablier (poutre+hourdis).On prend : 𝑕 =45 /17 =2.68𝑚 La longueur de l'about est prise égale à 0.9m. La hauteur de la poutre est alors 2.68-0.18=2.5 c. Tables de compression Pour prévenir tout risque de déversement pendant les opérations de manutention, on ne descendra pas en dessous d'une largeur voisine de 60% de la hauteur, donc on prendra une largeur courante de 1,50 mètre et une hauteur de 0.15m. d. L’épaisseur de l’âme : Au voisinage des appuis, les âmes sont dimensionnées pour résister à l'effort tranchant, ce qui conduit généralement à réaliser un épaississement d'âme appelé blochet, linéairement variable le long de la poutre. Ainsi, l'épaisseur de l'âme sera prise égale à : 𝑏𝑎=25 𝑐𝑚 en travée ; 𝑏𝑎=40 𝑐𝑚 au niveau des appuis. e. Dimension du talon :Les talons des poutres, constituant la fibre inférieure de la structure, sont dimensionnés par la flexion et doivent permettre de loger les câbles de précontrainte dans de bonnes conditions d'enrobage et d'espacement. Pour un ouvrage normalement élancé au 1/17, la largeur des talons varie de 0,60 à 0,90 m lorsque la distance entre axes des poutres varie de 2,50 m à 4,00 m. On a un entraxe de 3.25 m, donc on prend une largeur de bt = 0,75 m La partie verticale du talon ou pied de

talon est généralement comprise entre 0,10 m et 0,20 m. On prend ht= 0,15 m pour avoir suffisamment de place pour loger les câbles et les armatures passives.

La tangente de l'angle est normalement comprise entre 1 et 1,5, et il est préférable de se rapprocher de la valeur supérieure. Si on prend tanα=1,5 on obtient les valeurs suivantes pour la hauteur du pan incliné : Sur appui : 𝑕h1=𝑂.26𝑚 En travée : 𝑕h1= 0.375𝑚

Hourdis : Selon le guide de conception VIPP de SETRA, L'épaisseur du hourdis est voisine du 1/16 de la portée transversale : hd=18 cm

Entretoises: Les entretoises ont pour rôle de répartir les charges entre les poutres et de les encastrer à la torsion sur appuis. a. Nombre : La réalisation en place des entretoises complique et ralentit l'exécution du tablier, donc on se contente de deux entretoises pour relier les poutres transversalement au niveau de chaque about. b. Hauteur : Il faut aménager un espace suffisant entre le chevêtre d'appui et les entretoises pour faciliter l'accès aux appareils d'appuis, et aussi pour avoir de place aux vérins de soulèvement du tablier. On prend une distance de 0.8mLa hauteur des entretoises : 𝑕 =2.5 − 0,8 = 1,7 𝑚. c. Longueur :La longueur des entretoises est généralement fixée par l'espacement des poutres principales qui les relient transversalement. L’espacement entre axes des poutres est de 3.25 𝑚 avec une épaisseur d’âme de 40 cm au niveau de l'appui, on trouve une longueur de 2.85𝑚 entre deux poutres. Soit donc une longueur totale de : 𝑙𝑒=3×2.85=8.55 𝑚 d. Epaisseur : Les entretoises étant coulées en place, leur épaisseur résulte des conditions de bonne mise en œuvre du béton, et de celles de vérinage du tablier en cas de changement d’appareils d’appuis. On prendra une largeur de 30cm.

Piles :On adopte des piles-marteaux constituées d'un seul fût de section cylindrique, surmonté d'un chevêtre en porte-à-faux.

Le chevêtre : a. Largeur

Sa largeur dépend de la dimension de la largeur de pile, de la zone d’about et de l’espacement entre les travées, donc : 𝑙=𝑚𝑎𝑥 {largeur de pile; longueur pris par les zones d′abouts+Espacement entre poutre} 𝑙=2 𝑚

b. Longueur Sa longueur dépend de la largeur du tablier et des espacements entre le bord des appareils d’appui et le bord du chevêtre. On prend une longueur de : 𝐿=11.5𝑚

c. Hauteur Le chevêtre est en porte-à-faux ; donc on va choisir une forme trapézoïdale pour gagner en termes de béton. La hauteur de chevêtre doit être supérieure ou égale à 1 m. On prend une hauteur variable de : 𝑕=1 𝑚 𝑎𝑢 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑎𝑢 𝑑𝑒𝑠 𝑏𝑜𝑟𝑑𝑠 à 2𝑚 (𝑎𝑢 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑎𝑢 𝑑𝑢 𝑓𝑢𝑡)

d. Le Fut du pile : Trois critères essentiels conditionnent le dimensionnement des fûts : la résistance mécanique, la robustesse et l’esthétique. Puisque le gabarit est de 10 m et la hauteur du chevêtre est de 2 la hauteur du fût est alors de 8 m.

Culée : La culée à adopter est de type enterréeUne culée enterrée comporte :

Un sommier d’appui (chevêtre). Un mur garde-grève muni d’un corbeau arrière sur lequel reposera la dalle de transition. Les fûts.

Le sommier d’appui (chevêtre) a. La longueur du sommier :

Elle dépend directement de la largeur du tablier. On prend : 𝑙𝑠=10 𝑚. b. L’épaisseur :

L’épaisseur du sommier est couramment de l’ordre de 0,60 à 1m. On prend alors comme hauteur du sommier : 𝑕𝑐=1𝑚.

c. La largeur: On prend 2 m, ce qui est suffisant pour la zone d'about pour notre cas elle est de 0.5m, l'implantation du mur garde grève, ainsi que l’espace réservé aux maintenances possibles.

Corbeau d’appui de la dalle de transition: Le corbeau arrière est l’élément qui sert de support à la dalle de transition du côté de la culée. En prend 0,3m ×0,3m qui est la dimension standard.

Mur garde-grève : a. Hauteur :

La hauteur du mur garde-grève dépend de la hauteur du tablier et des dimensions des appareils d’appui et du bossage qui leur a été conçu. 𝐻 = ( 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑖𝑒𝑟)+𝐻(𝑎𝑝𝑝.𝑎𝑝𝑝𝑢𝑖)+𝐻(𝑏𝑜𝑠𝑠𝑎𝑔𝑒𝑠) H= 2.68+0.03+2*0.005=2.72m

b. Epaisseur de la garde grève : L’épaisseur du mur garde grève est prise égale à 0.3m (d’après le catalogue)

c. Longueur : La longueur du mur garde-grève est égale à la largeur du tablier : 𝐿=10𝑚

La dalle de transition :On prend une distance de 0.5m entre l’appui de la dalle de transition et l’arase supérieure du mur garde-grève.

a. Longueur : D’après le document "Dalles de Transition des Ponts-Routes" du SETRALa dalle ne devra pas dépasser 6m ni descendre en dessous de 3m pour une voie autoroute

Prenant une longueur 𝐿=3 𝑚, avec une pente de 5%

b. Largeur Sa largeur elle est égale à la largeur du tablier diminuée du double de l'épaisseur du mur en retour. Si en prend l’épaisseur du mur en retour égale à 30 cm ainsi l=9,15m

c. Epaisseur L’épaisseur de la dalle est constante, et égale 30 cm

Fondation :a. Longueur

La longueur de la semelle dépend de la longueur de la ligne d’appuis, on adopte: 𝐿𝑠 = 10 𝑚 b. Hauteur :

La hauteur de la semelle doit satisfaire la condition de rigidité c. Largeur :

Elle est déterminée de telle façon à ce qu'on aura une égalité entre les charges verticales au niveau de la fondation et la pression admissible du sol sous celle-ci.

Jointson dispose de joint tout les 200m ce qui fait au total 3 joints

Inventaire des charges :

Charges permanentes :

Poids propre du tablier :

poids Par (t/ml) Par travée Poids total(t)Poids propre d’une poutre

2.56 462.16 4621.6

Poids propre de l’hourdis

4.38 197.44 1974.4

poids propre de l’entretoise

21.925 219.25

total 681.5 6815

Poids propre des appuis :

Poids (chevêtre)= 90 T

Poids (poteau)= 23.55 T

Poids propre des superstructures :

Les superstructures sont des éléments de second œuvre et de finition du tablier. Les revêtements du tablier : La chape d’étanchéité et la couche de roulement.

a. Chape d’étanchéité On utilisera une chape d’étanchéité d’épaisseur 3cm et de densité 2.2 t/m 3

b. Chaussée Elle se compose d’une couche de roulement en enrobé de 6 cm d’épaisseur .

c. b. Les corniches Elles servent à écarter les eaux de pluie du parement de la structure porteuse du pont et ont un rôle l’esthétique. Ils ont un poids volumique de 0.5t/ml.

équipement nombre dimensions

longueur largeur épaisseur

Poids unitaires

Poids totalen (t)

Chape d’étanchéité

1 45 9.75 0.03 2.2t/m3 28.95

revêtement 1 45 9.75 0.06 2.4 t/m3 26.325Corniche 2 45 0.5t/ml 22.5bordures 2 45 70Kg/ml 3.15Total pour travée 81

Charges routières réglementaires :

Il faut définir une largeur chargeable qui se déduit elle-même de la largeur roulable. a. Largeur roulable LR :

. LR= plate forme+largeur de BAU+largeur BDG=9.75 mb. Classe des ponts : LR≥7 m 1ère classe c. La largeur chargeable :

Elle est définie par la formule suivante : 𝐿𝑐𝑕=𝐿𝑅−𝑛×0,5 𝐿𝑅 : largeur roulable en (m) ; 𝑛 : nombre de dispositifs de retenue(𝑛≤2). Dans notre cas, il y aura 2 dispositifs de retenue, donc : Lch=8,75 m

d. Le nombre de voies : Le nombre de voies de circulation des chaussées est égal à 2

e. La largeur d’une voie : La largeur d’une voie de circulation égale à 4.357

f. Les coefficients de majoration dynamiques : Les charges du système B et le système Mc120 sont des surcharges roulantes et par conséquent doivent être multipliées par un coefficient de majoration pour effet dynamique.

Il est déterminé à partir de la formule :

G : poids total d’une travée ;

S : charge Bc (respectivement Bt, Br et MC120) qu’on peut disposer.

Type de chargement La valeur de Sen (kN) Valeur du coefficient dBc une file 600 1.135Bc deux files 1200 1.204Bt un tandem 320 1.094Bt deux tandem 640 1.14Br 100 1.058Mc 120 2200 1.28

Les systèmes de charges :

Système A(L) : La longueur des travées est de 45 ce qui donne : A(L)=689.256Kg/m2

Système Bc :

La travée peut loger 2 éléments de type Bc, Ainsi :

Bc=1.1*1200=1320KN

Système Bt :

Bt=640KN

Système Br :

Br=100KN

Système charges militaires :

La longuer de la travée nous permet de loger deux éléments de ce type, ce qui donne :

Mc120=2200 KN

Me120=660 KN

Charges exceptionnelles :

Convoi D (par travée) :

On dispose d’une seule par travée = 2800 KN.

Convoi E (par travée)

La charge du convoi E est égale à 4000KN.

Forces de freinage ( Par travée) :

Pour le système A(L) F=126.95KN/m2

Pour le système B F=1940KN

Charge du vent :

Sur tablier : 5.36 KN/ml

Sur pile : 4.71KN / ml

Charge total sur tablier= 2751KN

Annexe1 : Section transversale.

Annexe 2 : Sections des poutres

Section intermédiaire Section sur appuis

Annexe 3 : Section longitudinale.