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COURS DE PROJET DE PONTSCOURS DE PROJET DE PONTS

Conception des pilesConception des piles-- -- --

Coffrages et parements

Daniel de Matteis

Morphologie / Vocabulaire

Chevêtre(très courant)

Fût(systématique)

Semelle(systématique)

Fondation(très courant)

Terrain naturel

1 - Conception g énérale

CritCrit èères de choixres de choix

Piles encastrées dans le tablier ou avec appareils d’appui ?

Un ou plusieurs fûts ?

Piles pleines ou piles creuses ?

Avec ou sans chevêtre ?

Piles encastrées dans le tablier ou avec appareils d ’appui ?

Une pile ne peut être encastrée dans le tablier que si elle peut supporter les efforts de flexion que le tablie r va lui transmettre du fait notamment :

- des surcharges routières, - des variations thermiques,

et si cet encastrement est structurellement facile à réaliser.

Ces conditions excluent les piles des ponts poussés en béton, les piles des ponts mixtes et un grand nombr e de piles dont la hauteur est trop faible eu égard à leu r distance au point fixe des variations thermiques.

Dans la pratique, seuls quelques grands ponts en bé ton construits par encorbellements comportent des piles encastrées dans le tablier.

Piles encastrées dans le tablier ou avec appareils d ’appui ?

Piles encastrées dans le tablier ou avec appareils d ’appui ?

Les principaux avantages d’une pile encastrée sont l’absence d’appareils d’appui à entretenir, une esth étique souvent jugée meilleure et, quand on construit par encorbellements successifs, l’absence de dispositif de stabilisation des fléaux.

Piles pleines ou piles creuses ?

En France, on considère qu’une pile creuse doit être visitable.

Dans ce contexte, les piles creuses doivent avoir des dimensions minimales importantes et ne concernent donc que des ouvrages importants, bipoutres ou caissons et tous les autres ponts ont des piles pleines.

���� Dans le contexte du développement durable et de l’économie des ressources, des piles creuses non visitables sont de plus en plus souvent projetées.

Un ou plusieurs fûts ?

La majorité des ouvrages comporte des piles à un ou deux fûts

Par le passé, on a construit des passages supérieur s dont les piles étaient composées d’une série de colonnes mais ce type de piles est peu esthétique e t résiste mal aux chocs de camions.

Un ou plusieurs fûts ?

.

Piles multi poteaux (solution abandonn ée)

Avec ou sans chevêtre ?

Les dimensions minimales en plan d’une pile sont tr ès souvent plus importantes sous le tablier qu’au nive au du TN. En effet, en tête de pile, on a besoin d’espace pour placer, en plus des appareils d’appui, des vérins d es appareils d’appui de poussage ou des cales de stabilisation….

Dans ce contexte, il est très fréquent qu’on élargi sse le fût sous le tablier sur une hauteur de 1 à 2m. Cet élargissement localisé, qu’on appelle chevêtre, per met de donner aux fûts les dimensions minimales évoquées c i-dessus.

Lorsque le chevêtre est beaucoup plus large que le fût, on parle de marteau. Cette pièce est souvent précontra inte.

Avec ou sans chevêtre ?

Exemples de piles courantes

Pile à un fût plein sans chevêtre (pile voile)

Exemples de piles courantes

Pile à un fût plein sans chevêtre (pile voile)

Exemples de piles courantes

Piles à un fût plein cylindrique avec chevêtre

Exemples de piles courantes

Piles à un fût plein avec marteau précontraint

Exemples de piles courantes

Piles à deux fûts pleins avec ou sans chevêtre

Exemples de piles courantes

Piles à deux fûts pleins pour bipoutres mixtes

Exemples de piles courantes

Pile à trois fûts pleins sans chevêtre

Exemples de piles courantes

Pile à un fût creux

Pile pleine en double arc soutenantun tablier très biais

Exemples de piles exceptionnelles

Pile à un fût plein avec chevêtre en partie m étallique

Exemples de piles exceptionnelles

Pile à un fût plein avec chevêtre m étallique

Exemples de piles exceptionnelles

Pile à deux fûts pleins avec chevêtre en tête

Exemples de piles exceptionnelles

Pile à un fût creux avec élargissement à la base lié à sa très grande hauteur

Exemples de piles exceptionnelles

Pile à deux fûts creux avec élargissement à

la base lié aux fondations sur pieux

Exemples de piles exceptionnelles

2 – Coffrages et parements

Coffrages / Construction

Coffrage de la semelle :banches courantes

Coffrage du fût :outil coffrant réalisé sur mesure, de 3 à 4m de hauteur

Coffrage du chevêtre :outil coffrant réalisé sur mesure

Coffrages / Parements

La qualité des coffrages est fonction du type de parements prévus par le CCTP du pont.

Le chapitre 6 du fascicule 65 du CCTG d éfinit plusieurs types de parements :

- soign és simples,- soign és fins,- ouvrag és coulés en place,- ouvrag és préfabriqu és.

Coffrages / Parements

Le CCTG est un ensemble de clauses opposables àl’entreprise chargée des travaux dès lors qu’il a é té visédans le CCAP du marché. Il est constitué d’une centa ine de fascicules.

Grâce au CCTG, le cahier des clauses techniques particulières (CCTP) du marché peut être limité au maximum.

Le fascicule 65 est consacré aux ouvrages en béton a rméet précontraint. Il couvre notamment les études, le s coffrages, le béton et les aciers passifs et actifs .

���� Voir aussi la norme NF EN 13270.

Coffrages / Parements

Coffrages / Parements

Les parements soignés simples et soignsoign éés finss fins , qui correspondent à des surfaces lisses, sont les plus fréquents.

Les parements ouvragés coulés en place , qui correspondent à des surfaces cannelées ou rugueuses, sont assez courants.

Les parements ouvragés préfabriquéscorrespondent aussi à des surfaces cannelées ou rugueuses mais sont obtenus avec des coques préfabriquées en atelier. Ils sont assez rares.

Coffrages / Parements

Parements soignés simples ou soignsoign éés finss fins

Parements ouvragés coulés en place

Coffrages / Parements

Parements soignés ouvragés de bossages de haubans

Cannelé par matrice en fond de coffrage

Sablé

Coffrages / Parements

Parements ouvragés coulés en place obtenus par une matrice caoutchouc reprenant les aspérités du rocher

Coffrages / Parements

L’utilisation de coques préfabriquées est coûteuse mais garantit une très grande qualitéde parement. En effet, si une coque ne convient pas, on en fait une autre…

Attention, seul le béton armé coulé en place àl’intérieur des coques est considéré comme résistant.

Coffrages / Parements

Parements ouvragés préfabriqués obtenus par polissa ge d’un béton avec granulats spéciaux et pigments de couleu rs

3 - Conception d étailléed’une pile de grand pont

Modalités de coffrage/b étonnage

Chevêtre(plein, bétonné en

une seule fois)

Fût

(creux ou plein, bétonné par levées courantes de 3 à 4m

+ une levée plus courte en bas)

Semelle(pleine, bétonnée en une seule fois)

TN

Les fûts creux sont en général constitués de parois d’épaisseur constante égale à 35 cm.

Les fûts rectangulaires sont en général équipés de goussets aux coins.

Dans les fûts circulaires, attention à la poussée au vide des aciers de la paroi intérieure.

Pour des fûts de grande hauteur, on peut faire varier l’épaisseur des parois par tronçons.

Coupe transversale d ’un fût creux

Les têtes de piles doivent toujours être étudiées e n service pour s’assurer que leurs dimensions sont suffisantes.Lorsque le tablier est construit par une m éthode complexe (poussage, construction par ES,…), les têt es de piles doivent aussi être étudiées en constructio n.

Têtes de pile

Les appareils d’appui à pot doivent être conformes aux normes NF EN 1337-1, NF EN 1337-2 et NF EN 1337-5. Leur dimensions peuvent être trouvées dans des catalogues de fabricants moyennant la seule connaissance de la charge qu’ils doivent pouvoir supporter.

Les appareils d’appui en élastomère fretté doivent être conformes aux normes NF EN 1337-1, NF EN 1337-2 et NF EN 1337-3. Leur dimensions en plan peuvent être estimées en considérant un taux de travail moyen de l’élastomère à l’ELS.

Les dimensions des emplacement de vérinage peuvent être déterminées en recherchant dans des catalogues de fabricants les dimensions des vérins hydrauliques nécessaires au levage du tablier.

Tête de pile en service

Exemple de tête de pile n°1 : pile voile de passage supérieur avec trois appareils d’appui

Tête de pile en service

EVAA

Exemple de tête de pile n°2 avec :- fosse de surveillance des appareils d’appui, - emplacements de vérinage situés sous les âmes du caisson.

AA : appareil d’appui définitif EV : emplacement de vérinage

Tête de pile en service

FOSSE OU BAIGNOIREAA

EV

EV

Tête de pile en service

Exemple de fosse de tête de pile permettant d’accéder àl’intérieur des piles creuses. En situation courante, la cheminée d’accès est fermée par une trappe empêchant toute chute.

APPAREILS D’APPUI

DÉFINITIFS

DES DE VERINAGE

Exemple de tête de pile n°3 :- sans fosse de surveillance des appareils d’appui, - avec emplacements de vérinage situés sous l’entretoise sur

pile.

Placer les emplacements de vérinage entre les AA définitifs permet de réduire la largeur de la tête de pile mais sollicite beaucoup plus les entretoises sur appui.

Tête de pile en service

AA EV

Tête de pile en service

Dispositions sur appuis favorisant le passage entre le caisson et la pile creuse

Trou d'homme n°1

Trou d'homme n°2

Plateforme

Trappes de fermeture Baignoire

En cours de poussage, les entretoises sur appui ne sont pas toujours au droit des appuis. Le tablier ne peut donc supporter aucune excentricité importante entre l’axe des âmes et les appareils d’appui de poussage. Les AA de poussage et les vérins de levage doivent donc être placés au plus prés de l’axe des âmes.

Tête de pile en construction par poussage

Vérin

AA

de poussage

AA

de poussage

Vérin

Vérin

axe des âmes

Emplacement disponible pour

stockage des AA

En cours de poussage, il faut aussi souvent fixer un dispositif de guidage latéral qui empêche le tablier de trop dériver en plan.

Tête de pile en construction par poussage

Tête de pile en construction par ES

En construction par ES, la tête de pile doit pouvoir a ccueillir quatre cales en béton et des vérins. On note que les appareils d’appui sont déjà en place mais ne sont pas actifs

Nota : Une boite à sable est un dispositif permettant de descendre le tablier de quelques centimètres.

Tête de pile en construction par ES

Outre le dédoublement d’appuis, une précontrainte verticale est nécessaire pour bien clouer le fléau sur la pile et éviter tout soulèvement. Celle-ci est constituée par des câbles provisoires et démontables, ancrés - en haut - au-dessus du hourdis supérieur du VSP et - en bas - sous le chevêtre de la pile.

Chevêtre de la pile

Cales provisoires

Fût de la pile

Appareil d'appui définitif

Câbles de clouage

Tête de pile en construction par ES

In fine, une tête de pile de tablier construit par ES doit pouvoir accueillir les AA définitifs, les cales de stabilité provisoires en béton fretté, la précontrainte de clouage verticale et en général des emplacements de vérinage en construction.Situées au-dessus des cales, les boites à sable ne nécessitent pas d’espace supplémentaire.

Cale Cale

CaleCale

A.A.définitif

A.A.

de l'ouvrageAxe Longitudinal

Vérins

Câbles de clouage

définitif

En haut, le clouage peut être appuyé soit directemen t sur l’entretoise (cas n°1), soit sur les âmes via une p outre de répartition en acier en appuis simples sur les deux âmes (cas n°2).

Détail de la partie haute du clouage

Cas n°1 Cas n°2

Combinaisons fondamentales (déséquilibre constructif)A1 : (1,35 Gk,sup + 1,25 Gk,inf) + 1,35 Qc + 1,08 Fw*A2 : (Gk,sup + Gk,inf) + 1,35 Qc + 1,08 Fw*avecQc = Qca + Qcb + Qcc + Qcd + Qce + Qcf

Calcul du dispositif de stabilisation des fléaux

QcbQca

QccQccFw*

Calcul du dispositif de stabilisation des fléaux

Combinaisons accidentelles (chute d’un équipage mobile)B : (Gk,sup + Gk,inf) + Ad + QcavecAd = action accidentelleQc = Qca + Qcb + Qcc + Qcd + Qce + Qcf

Qca

Ad=Qcc

Ad=-Qcc Qcb

Gk=25 kN/m3 avec

Gmax=1,02 GkGmin =0,98 Gk

Charges de poids propre max et minGksup, Gkinf

qw= 200 N/m²ou voir EC1-4

Charges de vent ascendantes disposées de façon la plus défavorable sur un demi fléau

Fw*

qcc=0,5 kN/m² miniQcc=400 à 600 kN

Charges statiques des équipages et coffrages

Qcc / qcc

qcb=0,2 kN/m²

Fcb=100 kN

Charge de stockage, disposée dans des zones spécifiques

Qcb / qcb

1 kN/m²Charge répartie du personnel et du matériel

Qca / qca

Valeur en kN/m²CaractéristiquesCharge

Calcul du dispositif de stabilisation des fléaux

On retient par ailleurs : Qcd = Qce = Qcf = 0

En construction (combinaisons A1 et A2), le fléau ne doit pas décoller.

Si Fi est la force des n câbles d’une file, on peut écrire :

M

NRa

Rb

e

d Une file de câbles de clouage

ec = 2 d - e

Fi 2 Fi 2

File B de cales d'appui

02

≥+−= iA FeMN

R

Calcul du dispositif de stabilisation des fléaux

En situation accidentelle (combinaisons B), on admet le décollement du fléau du coté de l’équipage qui a chuté mais on limite la tension maxi des câbles et la rotation du fléau,

0,1==

≤∆+=

pp

pegul

ulgig

fF

FTFF

γγ

Calcul du dispositif de stabilisation des fléaux

•Contrainte maxi :

•Avec

On peut retenir ici ρρρρt = 2%

Situation d’exécution (combinaisons A ELU fondament al)γγγγb 1,5θθθθ 1,0 (longue durée d’application)

Situation accidentelle (combinaison B ELU accidente l)γγγγb 1,0θθθθ 0,85 (courte durée)

+×=

cj

etcjcf f

fff ρ21

b

cfbu

ff

γθ85,0=

Calcul de la surface des cales en béton fretté (suiv ant BAEL)

Calcul du dispositif de stabilisation des fléaux

• On fait autant d’études que de fléaux différents.• Pour un fléau encastré sur sa pile, l’étude doit valider

les dimensions des piles et de leurs fondations.• Pour un fléau simplement appuyé sur sa pile, l’étude

doit également dimensionner son dispositif de clouage et valider les dimensions de la tête de pile.

• Cette étude doit être faite dès le stade du projet pour s’assurer que les dimensions en plan des piles et celles des fondations sont correctes.

• Pour déterminer les torseurs d’efforts en tête de pile, on peut utiliser le modèle à barres qui a servi pour la flexion longitudinale mais on peut aussi utiliser un simple tableur (Excel ou autres).

Modalités pratiques des calculs du dispositif de stabilisation des fléaux

Appareils d ’appui à pot

Appareils d ’appui à pot