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Sétra service d'Études techniques des routes et autoroutes Ouvrages d'art n° 58 - juin 2008

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  • Sétra service d'Études techniques des routes

    et autoroutes

    Ouvrages d'art

    n° 58 - juin 2008

  • Ouvrages d'artN°58 juin2008 �

    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    PhilippeVion,YacineBen-Milad,MichelBoileau,BénédicteTestud ☛P.2

    Viaduc de Saint-CloudRéparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeurs – Seconde partie : adaptation des absorbeurs et mise en œuvre

    PascalCharles,EvelyneHumbert,PierrePeyrac,LudovicPicard,ThierrySaez ☛P.12

    Âge et durée de vie des ponts du réseau routier national non concédé (Rrnnc)

    NathalieOdent,ThierryKretz

    ☛P.23

    Information sur le système logiciel Om3 Calcul des ponts mixtes aux Eurocodes

    JacquesTeisseire

    ☛P.29

    Stages ☛ P.30

    Les dernières publications Ouvrages d'art ☛P.31

    SOmmAIREBulletin du Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art

    D i re c t e u r d e l a p u b l i c a t i o n : P h i l i p p e Re d o u l e z . C o m i t é d e r é d a c t i o n : T h i e r r y K r e t z , E m m a n u e l B o u c h o n , A n g e l - L u i s

    Millan, Gilles Lacoste(Sétra), Pierre Paillusseau (Cete du Sud-Ouest), Jean-Christophe Carles (Cete Méditerranée), Bruno Godart(Lcpc).

    Rédacteur en chef : Nicole Cohen (Sétra) - té l : 01 46 11 31 97. Conception graphique et réa l i sat ion : Er ic Ri l lardon (Sétra) -

    tél : 0146113342. Impression :Caractère. 2, rueMonge -BP224-15002AurillacCedex - ISSN : 1266-166X - ISBN : 978-2-11-094636-2©Sétra - 2008

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    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    PhilippeVion,YacineBen-Milad,MichelBoileau,BénédicteTestud

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    Le contexte général et les contraintes du site

    LepontsurlaGaronneàFoss’inscritdansleprojetd’aménagementà2×2voiesdelaRN125ausuddudépartementdelaHaute-Garonneentrel'échangeurde Montréjeau et la frontière franco-espagnole.Située dans le Comminges à 40 km au sud-est deSaint-GaudenslacommunedeFosbordelafrontièreespagnole dans le prolongement duVal d'Aran quiconstituelavalléesupérieuredelaGaronne(figure1).Ladéviationpermettradesoulagerl'agglomérationdeFosdutraficdetransitquirelielaFranceetl'Espagneet qui compte un pourcentage important de poidslourds.

    L’aménagement de la RN125 a été approuvé pardécisionministériellele7mai1999.L’opérationaétédéclaréed’utilitépubliquele2juin2000.LesétudespréliminairesdecetouvrageontétéréaliséesparlaDdedelaHaute-Garonneaveclacollaborationdu cabinet d’architecture et de paysage BénédicteTestudetprésentéesendécembre2001.Lesouhaitdesconcepteursétaitderéaliserunouvragediscretetfinquis’adaptebienausitemontagneux.Au cours des études préliminaires, quatre solutionsontétéétudiées:

    une solution à cinq travées en dalle nervurée dehauteurvariable;

    une solutionà cinq travées encaissonenacierdehauteurconstante;

    unesolutionàcinqtravéesenossaturemixteacier-bétondehauteurconstanteavecpiècesdepont;

    unesolutionàcinqtravéesenossaturemixteacier-bétondehauteurvariableavecentretoises.

    Le choix s’est porté sur la solution bipoutre mixtedehauteurvariable, jugée laplus intéressantevis-à-visde l’ensembledes critères.Outre les contraintesesthétique et économique, les concepteurs devaientprendreenconsidérationlescontrainteshydrauliques.L’ouvrage à construire devait dégager le lit mineurde tout appui et son tablier devait être le plus finpossibleafind’offrirunerevanchede1mètrevis-à-visde la cruecentennale.Labergeen rivedroiteétantrelativementplatecescontraintessontprimordiales.Postérieurement à l’étude préliminaire la travéed’extrémité en rive droite pouvait être supprimée,cette modification n’ayant que peu d’incidence surl’écoulementdelacruecentennale.D’autrepart,letracédelaGaronneprésenteuncoudeàl’avaldel’ouvrage,ils’ensuitlanécessitédeprolongerlaculéerivegaucheparunouvragedesoutènementdetypegabionssurunelongueurde175menvironpourlimiterl’empriseduremblaidanslelitmajeur.

    Figure 1 : plan de situation Source : Philippe Jullien (Sétra), Frédéric Rumeau (Dir SO)

    Espagne

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    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    LedossierdePoaaétéréaliséenoctobre2003parlaDdedelaHaute-GaronneetleSétra,encollaborationavecl’architecteBénédicteTestud.L’ouvrage proposé est un bipoutre mixte à quatretravéesdehauteurvariable.Saparticularitéestquesontablieraétéentièrementjustifiéàl’aidedesEurocodesENsaufpourlesappuis.LacommunedeFossesituanten zone de faible sismicité, avec une accélérationnominalede2m/s²,desdispositionsontétéprévuespourlimiterlesdéplacementsdutablier.

    L’appel d’offres a été lancé en juin 2004 et lemarché a été attribué en septembre 2004 augroupementd’entreprisesDvConstruction-Urssa-LaPyrénéenne.Comptetenudesretardsdanslamiseen place des financements le marché et l’ordre deservicededémarragedestravauxn’ontpuêtrenotifiésqu’enseptembre2006augroupementd’entreprises.

    Les caractéristiques principales de l’ouvrage

    L’ouvrage est rectiligne en plan et tous les appuisprésentent un biais de 70 grades qui correspondsensiblementàceluidufranchissementdulitmineurde laGaronne.Sonprofilen longestplacésuruneparabolede100000mderayondontlesommetestsituéà300mau-delàdelaculéerivedroite.Leprofilentraverscomportepourchaquesensdecirculationunevoiede3,50metunebandedéraséede2,00m.

    Lepontprésenteunelongueurtotalede125mrépartieen une travée principale de 40 m franchissant laGaronne,unetravéede30menrivegauche,etdeuxtravéesde30et25menrivedroite(figure2).

    Figure 2 : vue en plan – Source : Philippe Jullien (Sétra), Frédéric Rumeau (Dir SO)

    Figure 3 : coupe longitudinale – Source : Philippe Jullien (Sétra), Frédéric Rumeau (Dir SO)

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    Structure du tablier

    Letablierestconstituéparunedalleenbétonarmésupportéeparunecharpentemétalliqueàdeuxpoutreslongitudinales de hauteur variable reliées par desentretoises(figure4).

    L’élancement de la charpente seule est de 1/25 surappuietde1/33entravée.Lespoutresdelacharpentesontespacéesde6,20metleurhauteurestde1,07mdanslatravéeP3/C4,compriseentre1,07met1,60mdanslestravéesP2/P3etC0/P1,etcompriseentre1,20met1,60mdanslatravéeprincipaleP1/P2.L’épaisseurdesâmesestde25mmauvoisinagedesappuisetde20mmentravée.Lesdimensionsdelasemellesupérieuresontde800×80mm²audroitdeP1,800×65audroitdeP2,800×60audroitdeP3,800×35entravées,saufsurP3/C4oùellessontde800×30.Lesdimensionsdelasemelleinférieuresontde900×90mm²audroitdeP1,900×75audroitdeP2,900×65audroitdeP3,900×60danslestravéesC0/P1etP1/P2,900×55surP2/P3,et900×50surP3/C4.

    Lesentretoisescourantes sontdesprofilésHea500espacéesde8,33mdanslatravéeP3/C4,de7,50mdanslestravéesP2/P3etC0/P1,etde8,00mdanslatravéeP1/P2.SurappuislesentretoisessontdetypePrs,avecunehauteurde1000mmsurlespilesP1etP2,de600mmsur lapileP3etde500mmsurlesculées.Touteslesentretoisesprésententunbiaisde70gradesparrapportauxpoutresprincipales.Le vérinage du tablier pour le changement desappareilsd'appuiestprévusouslesentretoisesd'appuiprèsdespoutres(figure4emplacementdesraidisseursd'entretoise).

    Lespoutresprincipalessontconnectéesàunedallede12,40mdelargeur,dontl'épaisseurvarieentre25et40cm.L'épaisseurdeladallevaut40cmaudroitdespoutres,30,75cmdansl'axedel'ouvrageet25cmsurlesbordslibres.Cehourdisestpresqueentièrementconstituéd'élémentspréfabriquésde2,50mdelongsurtoute la largeur.Lesélémentssontconnectésendeuxièmephaseàlacharpenteparbétonnagedesjointsdeclavageetdeslumièresrectangulairesderéservationsituéesaudroitdespoutres.Chaqueélémentestdroitetlebiaisdel'ouvrageestreprissurlesculéesparunélémentdehourdistrapézoïdalcouléenplace.Laliaisonentreladalleetlacharpenteestassuréeparl'intermédiaire de goujons, concentrés au droit deslumièresréservéesdanschaqueélémentpréfabriqué.

    Appuis et fondations

    Touslesappuisprésententunbiaisde70gradesparrapportautablier.Sur les berges proches de la Garonne les alluvionspeuvent atteindre 9 m, cela a conduit à retenirdes fondations profondes atteignant le substratumschisteuxpourlespilesP1etP2.Ailleurs,lesappuissontfondéssuperficiellement:laculéeC0surlerocheraffleurantetlapileP3etlaculéeC4surlagrave.Lespilescomportentdeuxfûtsdesectionprismatiquedehauteur4,90m,2,60met4,00m,respectivementsurP1,P2etP3.LespilesP1etP2sontfondéessurquatrepieuxØ1000mmparl'intermédiaired'unesemellede5m×9,60m.LapileP3estfondéesuperficiellementsurunesemellede3,50m×9,60m.Onatoutintérêtàlimiterlediamètredespieux,caràdéplacementsismiqueimposélescontraintesenfibresextrêmesdanslespieuxdiminuentproportionnellementavec le diamètre, il a été possible de les réduire à1000mmcarladescentedechargeestfaible.

    Figure 4 : coupe transversale du tablier – Source : Philippe Jullien (Sétra), Frédéric Rumeau (Dir SO)

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    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    Uneprofondeurd'affouillementglobalde5mètresaétépriseencomptesurlesappuisP1etP2bordantlaGaronne.Lespieuxsontforésàl’intérieurd’unegainemétalliqueépaisse et définitive foncée jusqu’au substratumrocheux, ce qui permet de les mettre à l’abri del’érosiondutransportsolidelorsdescrueset,enoutre,d’améliorerleurcomportementsismique.

    LaculéeC0estsituéeenrivegauchedelaGaronne,elleestperchéeentêtederemblaietsonchevêtred'uneépaisseurde1,30mestfondésurunmassifdegrosbétondehauteurfortementvariable,dontlasous-faceprésentedesressauts.LaculéeC4estuneculéeenterrée,avecunchevêtrede2,15mdehauteur, fondée superficiellement surunesemellede80cmd'épaisseur.Pourbloquerletabliervis-à-visduséismetransversalles culées sont équipéesdebutéesparasismiques enbétonarmé.Ellescomportentégalementdesbutéesde sécurité longitudinalesqui reprennent les effortsdusauséismelongitudinal,etquisontconçuespourintervenir en bout de course du déplacement dutablier.

    Appareils d’appui et équipements

    Compte tenudes faiblesdescentesde charges etdel’environnement sismique, le choix s’est porté surdes appareils d’appui en élastomère fretté.Vis-à-visduséismelongitudinal,lesmouvementsdusolsontfiltréspar lesappareilsd’appuienélastomère fretté,le tablier subit des déplacements importants, et leseffortshorizontauxsontréduitscarrépartisentrelesdifférentsappuis.Lesdimensionsdesappareilsd’appuisont de 400 × 400 × 6(12 + 3) sur les culées, de600 × 700 × 5(16 + 4) sur les piles P1 et P2, et600×600×5(16+4)surlapileP3.

    LesdispositifsderetenuesontdesbarrièresTetraS13implantées surdes longrines situées enborduredesbandes d'arrêt d'urgence de la chaussée. Les eauxpluvialessontrecueilliesdansdescorniches-caniveauxplacéeslatéralementenrivedesencorbellements.L'étanchéitéprincipaleest réaliséeparuncomplexecomposé d'un vernis d'imprégnation, d'une feuilled'étanchéitépréfabriquéesurmontéed'uneprotectionenasphaltegravillonnée.L'ouvrageestéquipédejointsdechausséeayantunsoufflede80mm.Lejeuentreletablieretlecorbeauportantlejointdechausséeétantinférieuràlacoursesismique longitudinaledecalcul, les têtesdegarde-grève sont conçus pour être fusibles: la surface dereprise avec le corps du garde-grève est lisse et lesaciersquilatraversentsontjustedimensionnéspourreprendreleseffortstransmisparlesessieux.

    matériaux

    LebétonutilisépourladalleestunC35/45,tandisque celui des piles et culées est un C30/37, celuides semelles sous l’eau est un C32/40, et celui desfondations (pieux, gros béton, semelle hors d’eau,dallesdetransition)estunC25/30.

    Lesnuancesdesaciersdecharpentesontconformesauxexigencesdel’EN1993-2etsontdequalitéS355.

    Trafic

    Le profil en travers est constitué de deux voies decirculationde3,5mbordéesparuneBaude2,0m.Lalargeurdechausséeestdoncde11,0m.L’ouvragesupporteuntraficdeclasse2selonl’annexenationaledel’EN1991-2.

    PourlavérificationenflexiongénéralelemodèleLM1,composédelachargerépartieUdletdutandemTS,estutilisé.IlestcomplétéparlemodèleLM2,composéd’unessieuunique,pour les vérifications localesdeladalle.Leschargesd’essieudelavoien°1etdesautresvoiessontrespectivementpondéréesparlescoefficients0,9et0,8,et leschargesrépartiesde lavoien°1etdesautres voies sont respectivement pondérées par lescoefficients0,7et1,0.Lesvoiesontunelargeurde3,0m,lestandemssontcentréssurlesvoiespourlecalculdeseffetsglobauxetpeuventêtredéplacéstransversalementpourlecalculdecertainseffetslocaux.

    D’autrepart,dans le groupedes véhicules spéciauxleconvoimilitaireM120estprisencomptepourlavérificationvis-à-visdelaflexiongénérale,àl’exclusiondetoutautrecharged’exploitationconcomitante.Cetypedeconvoin’estpasdéfinidansl’EN1991,maisl’ouvrages’inscritdansunitinéraireoùlesouvragesontétévérifiésavecleconvoiM120.Pourlavérificationvis-à-visdelafatigueleconvoidefatigueBfestutilisé,ilestdéfinidansleguide«Pontsmétalliquesetmixtes-Résistanceàlafatigue-Guidedeconceptionetde justification»[2].Ceguideestantérieuràl’EN1991quidéfinitunconvoidefatigueFLM3différentduconvoiBf.

    Environnement

    Vis-à-visdelacarbonation,lesparementsdel’ouvragesontconsidérésenclassed’expositionXC3pourlafacesupérieureduhourdis,etXC4pourlafaceinférieureduhourdis.La température minimale à laquelle est soumisl’ouvrageestde-30°C.Vis-à-visduséisme,l’ouvrageestenzoneIbclasseC,l’accélérationnominaleestpriseégaleà2m/s².

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    Les études d’exécution

    Lecalculdeflexiongénéraleaétéréaliséàl’aideduprogrammeàbarresST1.Lesnœudsdumodèleplansontespacésde1m.Lecalculdeflexiongénéraleaétévérifiéàl’aideduprogrammeOM3,entestàl’époqueducontrôled’exécution.Touteslesjustifications,sauflapartiefatigue,ontétéfaitesselonlesEurocodesstructurauxetleursannexesnationales.

    Calculs aux Els

    Les largeurs participantes de la dalle vis-à-vis dutraînage de cisaillement peuvent être considéréesconstantessurl’ensembled’unetravéepourlecalculdessollicitations.Parcontre,ceslargeursdoiventvarierlinéairemententrel’appuietlequartdetravéepourlecalculdescontraintes(article5.4.1.2del’EN1994-2).Ellesontétéprised’embléelinéairementvariablesdanslemodèledecalculpourserviràlafoisaucalculdessollicitationsetdescontraintes.

    Position Largeur participante

    C0 4,957m

    C0-P1 6,20m

    P1 4,976m

    P1-P2 6,20m

    P2 4,976m

    P2-P3 5,85m

    P3 4,038m

    P3-C4 5,91m

    C4 4,584m

    Lecalculdessollicitationsdémarreparuneanalysenonfissuréeàl’Elscaractéristiquequipermetlerepéragedesbarresdumodèlepourlesquelleslacontraintedetractionobtenuedanslebétonestinférieureà-2.fctm(soit - 6,4 MPa). Ces barres sont alors considéréesfissurées et le béton n’est pas pris en compte pourle calcul de leurs caractéristiques mécaniques dansl’analysesuivantedite«fissurée».Les zones fissurées obtenues par le calcul sont lessuivantes:

    5mètresdepartetd’autredeP1,3mètresdepartetd’autredeP2,4mètresdepartetd’autredeP3.

    Lephasagedeconstructionest simpleàprendreencompte : les dalles sont préfabriquées, leur poidspropre est donc repris par la charpente métalliqueseule.

    •••

    Leretraitàcourttermedesdallespréfabriquéesaéténégligéetseulunretraitàlongtermede2,5.10-4aétéprisencompte.Commepourlegradientthermique,ses effets comportent une partie isostatique et unepartiehyperstatique.Lefluageestprisencomptepar l’intermédiairedescoefficients d’équivalence qui dépendent du typede chargement et de l’âge du béton au momentoù ils s’appliquent. À chaque nouveau coefficientd’équivalence, les caractéristiques mécaniques dumodèlesontrecalculéesavantapplicationducasdechargecorrespondant.Pour le gradient thermique, la procédure simplifiéeprésentée sur lafigure6.2bde l’EN1991-1-5aétépriseencompte:seuleladalleenbétonestsoumiseàunécartuniformedetempératurede+/-10°C.

    LecharMC120aétéprisencompteavecmajorationde1,10poureffetsdynamiques(ilestsupposécirculerseul sur l’ouvrage).Ses sollicitations sont tout justeenveloppées par celles du LM1 pour cet ouvrage àdeuxvoiesdecirculation.

    Pour ce qui concerne les armatures passiveslongitudinales, le modèle supposait une section de1%répartieparmoitiéentrelesnappessupérieureetinférieure.Aufinal,cettesectionétaitde1,03%.

    Vérifications à l’Els

    Lesvérificationsàl’Elsconcernentlalimitationdescontraintesetlamaîtrisedelafissuration.

    contraintesdecompressiondubéton≤0,6fckcontraintesdetractiondanslesarmatures≤0,8fykcontraintesdanslacharpentemétallique:

    maîtrisedelafissuration:

    limitationdudiamètredesarmatures.

    Les contraintes obtenues dans le béton comprimé,les armatures tendues, et la charpente métalliquerespectentlesvaleurslimites.

    Vis-à-vis de la maîtrise de la fissuration l’ouverturemaximaleretenueestde0,3mm,latractioneffectiveaétévérifiée,etlaquantitéd’armatureslongitudinalesrequiseestde8HA16parmètre,cequicorrespondàunpourcentagede1,02%.

    •••

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    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    Vérifications à l’Elu

    Lesprincipalessectionsdel’ouvrageontétévérifiéesà l’Elu tout d’abord vis-à-vis de leur résistance. Ils’agitdessectionssituéesaumilieudestravéesetsurlespiles.La notion de «classes des sections transversales»permetdeprévoir la résistanceultime enflexion etencompressiondessectionsenaciercomptetenudurisquedevoilement local.Les sections sontclasséessuruneéchellede1à4,enfonctiondel’élancementdes différentes parois comprimées, de leur limited’élasticité,etdescontraintessollicitantes.Laclassed’unesectionmixteestlaplusélevéedelaclassedesparoiscompriméesquilacomposent.Lesrésultatsobtenuspourladéterminationdesclassesdessectionspeuventêtrerésumésdansletableauci-dessous.

    Touteslessectionssontenclasse1ou2,ellesontétéjustifiéesenplasticité.Lescritèresdejustificationontétévérifiésenflexion,sous effort tranchant, et sous interaction flexion /effort tranchant, les calculs ont été menés à l’aided’un tableur. Aujourd’hui, le programme OM3détermine la classe des sections de l’ouvrage et faitautomatiquementlesjustificationscorrespondantes.

    La semelle inférieureenzoned’appui intermédiairea été aussi vérifiée vis-à-vis du déversement de lamembrureinférieureenservice.Cedéversementestéquivalent au flambement d’une poutre fictive enappuisimpleàsesextrémitésetretenueentravéepardesressortsderigiditéaumètrelinéaireégaleà«c».D’aprèsEngesserlaforcecritiquedeflambementd’unetellepoutreestégaleà:

    La charpente a été vérifiée en fatigue à partir desvariations de contraintes normales. Les contraintesmaxietminiontétécalculéessouslepassageduconvoide fatigue. Les amplitudes de contraintes normales∆σPontétécalculées, et comparéesavec lesvaleursadmissiblesquidépendentde lacatégoriededétail.Touteslesjustificationssontsatisfaites.

    Connexion

    Laconnexiondespoutresaétécalculéeà l’Elsetàl’Elu,etaétévérifiéeàlafatigue.Lesconnecteursdetypegoujons,Ø22mmhauteur200mm,sontdisposésparfilesde6danslesenstransversal.Comptetenudesportéesfaibles,c'estlavérificationen fatigue qui est déterminante pour l'espacementdesconnecteurs.Trois zonesdeconnexionont étéproposées, avec6goujonsparfile,espacésde120mm:

    surappuiP3→6filesparréservation,sur appuis P1 et P2 → 5 et 4 files alternées par

    réservation,en zones courantes → 4 et 3 files alternées par

    réservation.

    Justification des entretoises sur piles

    Levérinagedu tablier estprévu sous les entretoisesd’appui. Il s’effectue en supposant la neutralisationd’unedesdeux voiesde circulation réelle.Le cadred’entretoisement sur appuis est dimensionné par levérinageetaétévérifiéenfatigueenprenantencomptel’effetdubiaisetl’effetduséismetransversal.Lahauteurdespoutresétantassezfaible,notammentsur la pile P3, cela donne un effort tranchantimportantdanslesmontantsetlajustificationesttoutjustesatisfaiteavecdestôlesd’épaisseurcourante.

    Justification des butées parasismiques

    Lesbutéestransversalessurculéesontétédimensionnéesvis-à-vis du séisme latéral en faisant participer laraideur transversales des appuis sur piles (Méthodede Raylegh), ce qui limite l’effort sur les culées.Les butées de sécurité longitudinales reprennentsous sollicitations non majorées des efforts faibles,puisqu’ellessontconçuespourintervenirenboutdecoursedudéplacementdutablier.

    ••

    Position de la section semelle sup âme semelle inf Classe de la section

    Sections en travée

    C0-P1 1 1 1 1

    P1-P2 1 1 1 1

    P2-P3 1 1 1 1

    P3-C4 1 1 1 1

    Sections sur pile

    P1 1 2 1 2

    P2 1 2 1 2

    P3 1 1 1 1

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    Les étapes de la construction

    La réalisation des appuis

    Laconstructiondel’ouvrageadébutéenmars2007parlestravauxdeterrassementsgénéraux,laréalisationdu fond de fouille en redans de la culée C0, et laréalisationdesfouillesdelaculéeC4etdespilesP3etP2.

    Ensuite ont été réalisées la semelle de la culée C4d’uneépaisseurde0,80m,etlasemelledelapileP3(photo1)d’uneépaisseurde1,20m.Laréalisationdespieuxde lapileP2 a commencépar le fonçagedestubesmétalliquesdediamètreextérieur1,066met d’épaisseur 15,8 mm (photo 2). Les 4 pieux deP2ont undiamètre de 1,00m et une longueurde15 à 22 m. Les pieux sont bétonnés à l’intérieurde la gainemétalliquedéfinitive (photos 3a et 3b).

    Ilsprésententunedensitédeferraillageimportante,environ 145kg/m3, visant à leur conférer un boncomportementsousséisme.

    Lechevêtreetlemurgarde-grèvedelaculéeC4ontété réalisés, puis les fûts des piles P3 et P2 ont étécoffrésaumoyend’unematricedecoffrageetbétonnés(photos4).

    LaculéeC0estencadrée,àl’amontetàl’aval,parunmurde soutènement fonctionnant enmur-poids etconstituédegabionsremplisdegaletsetdeconcassé.À l’amont lemur se fonddans la falaise rocheuseàlaquelle les gabions sont ancrés au moyen de clouspouréviterqu’ilsnesedéchaussentsousl’actiondescrues,àl’aval,lemurseretourneparallèlementàl’axede l’ouvrage, provisoirement et dans le cadre de cemarché,surunevingtainedemètres.LechevêtredelaculéeC0aétécouléenpartiesurleschiste sain,enpartie surunmassifde substitutionengrosbétondontlasurfaceaétéégaliséeàl’aidedu

    Photos 3a : bétonnage des pieux de la pile P2 – Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 2 : mise en œuvre des tubes des pieux de la pile P2 – Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 1 : réalisation de la semelle de la pile P3Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 6 : montage à blanc de la charpente métallique en usine (Tronçons 1-2-3) – Source : Philippe Vion (Sétra)

    Photo 7 : pose du tronçon C4-P3 amont à la grue – Source : Michel Boileau (Dir SO)

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    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    Photo 4 : un fût de la pile P3Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 5 : réalisation du batardeau de la pile P1Source : Michel Boileau (Dir SO)

    bétondepropreté.Avantderéaliserlemassifengrosbétondeuxàtroisniveauxdegabionsontétémisenœuvreàl’amontetàl’avaldelaculée.

    LapileP1est fondésurquatrepieuxde1,00mdediamètredontlalongueurvarieentre11met13m.Cettepileaété réaliséeà l’abrid’unbatardeau.Lespalplanchesontétébattues(photos5)puisbutonnées.Lestubesdespieuxontétéfoncésetlespieuxforésjusqu’autoitdusubstratum.Aprèslaréalisationd’ungrosbétonimmergé,leforagedespieuxaétéeffectuéàlabennepreneuseaidéedutrépancruciforme.Lespieuxontensuiteétéferraillésetbétonnés.

    La fabrication et la mise en place de la charpente

    Lacharpentemétalliqueaétéfabriquéeparl’entrepriseUrssadontl’usineestbaséeàVitoria-Gasteizaupaysbasqueespagnol(photo6).Lacharpenteaétélivréesurlesiteparconvoisexceptionnels.

    Lespoutresprincipalesontétédécoupéesenquatretronçons,de33,40mpourlestronçonsd’extrémitéreposantsurdeuxappuis,de32,00mpourletronçonintermédiaire reposant sur un appui (P2) et de27,00mpourletronçoncentral.Lespoutresontétémises en place à la grue sur des appuis provisoires,d’abordlestronçonsC4-P3amontetaval(photo7)depuislaplate-formedegrutageenrivedroite,puislestronçonsP3-P2amontetaval.Lesentretoisesontétéinstalléesàlagrue,présentéesetfixéesprovisoirementàl’aidedeclames.

    Les tronçons ont été maintenus à l’aide de clamesd’assemblage et assemblés par soudage sur le site(photo8).

    EnfindestronçonsC0-P1etP1-P2sontposésàlagruedepuislarivegauche(photo9).

    Photo 8 : préparation des tronçons adjacents avant soudure – Source : Philippe Vion (Sétra)

    Photo 9 : pose du tronçon C0-P1 amont à la grue – Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 3b : bétonnage des pieux de la pile P2 – Source : Michel Boileau (Dir SO)

  • �0 Ouvrages d'artN°58 juin2008

    TECH

    NIQU

    ES P

    ARTI

    CULI

    ÈRES

    La mise en place et le clavage des dalles

    Les dalles préfabriquées sont espacées de 2,50 m,et le joint de clavage a une largeur de 0,50 m.Elles sont percées de lumières de connexion de700mm×800mm,situéesaudroitdechacunedespoutres, une lumière centrée sur l'axe de l'élémentde la dalle et deux moitiés de lumières le long desjointsdeclavage(photo10).Lesdallesontétémisesenplace,à l'aided'unegrueautomotriceplacéesurlaplate-formedegrutage(photo11),àl'avancementdepuisC4jusqu'àC0.

    Lebétondesclavagesestconstituéd'unC35/45,enconsidérantuneclassed'expositionXC2,XF4.Lecoffragedes clavages est constituédeplaquesdecontreplaquéquiontétémisesenplaceà lanacelleet maintenues à l'aide de cornières et de tire-fondsvissés dans des douilles insérées en sous face desdalles(photo12).Lecontreplaquéestmunidejointd'étanchéité.

    La mise sur appuis définitifs

    Letransfertsurlesplatinesd’appuisaétéréaliséparvérinage après bétonnage des clavages et des plotsd’extrémité.Levérinageaétéréaliséparfiled’appuis,il a été suivi par la mise en place des butées anti-cheminement supérieures lamise enplacedes calesbiaises, le matage avec un mortier à prise rapide,le dévérinage et la pose sur appuis définitifs aprèsséchage.

    Photo 11 : pose des dalles préfabriquées à la grue – Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 12 : coffrage en contreplaqué des clavages du hourdis en encorbellementSource : Michel Boileau (Dir SO)

    Photo 10 : lumières de connexion et joint de clavage – Source : Philippe Vion (Sétra)

  • Ouvrages d'artN°58 juin2008 ��

    Le projet et la construction du pont de Fos sur la Garonne

    Conclusions

    Les travaux de construction du nouveau pont surla Garonne à Fos doivent s’achever au printemps2008par laposede l’étanchéité etde la couchederoulement, ainsi que la mise en peinture définitivedelacharpente.Hormisl’ouvertureintempestiveduclapetautomatiquedu barrage Edf du Plan d’Arem le 18 avril 2007,libérantunvolumede100000m3etayantentraînéunecruedelaGaronne,lechantiers’estdéroulédansdebonnesconditions.Lemontanttotaldel’opérations’élèveàunpeuplusde3millionsd’eurosTtc,soit2200€/m²desurfaceutiledetablier■

    Références bibliographiques

    [1]Eurocodes3et4-Applicationauxponts-routesmixtesacier-béton-Guideméthodologique-Sétra

    [2] «Ponts métalliques et mixtes - Résistance à lafatigue - Guide de conception et de justification»GuideSétra-Cticm-Sncf(Mai1996)

    Photo 13 : ouvrage avec ses corniches-caniveaux – Source : Michel Boileau (Dir SO)

    Les intervenants

    Entreprises:Gc(DvConstruction);terrassements,gabions, enrochements, perrés (La Pyrénéenne) ;minage et ancrages (Sofiter) ; pieux (Sondefor) ;charpente métallique (Urssa) ; peinture (Actif ) ;corniches-caniveaux(Sati);barrières(Sler)

    Études d’exécution : Gc (Cert) ; métal (Ioa etUrssa)

    Maîtrise d’œuvre : équipe projet RN125 du SIRToulouseassistéedelaDgoduSétraetdupôleOaduSirToulouse

    Contrôles des études d’exécution:DgoduSétraetpôleOaduSirToulouse

    Contrôles extérieurs des travaux : terrassements,minage, ancrages au rocher, bétons, charpente etpeinture:Cete/LrpcduSud-Ouest.

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    Viaduc de Saint-CloudRéparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeursSeconde partie : adaptation des absorbeurs et mise en œuvre

    PascalCharles,EvelyneHumbert,PierrePeyrac,LudovicPicard,ThierrySaez

    Dans le numéro précédent du bulletin « Ouvrages d’art », la conception d’un système absorbeur d’énergie permettant une mise en sécurité d’un pont à précontrainte extérieure, ainsi qu’une détension maîtrisée de câbles de précontrainte extérieure ont été présentés. Le second volet de cet article montre comment cette conception a été adaptée au cas spécifique du viaduc de Saint-Cloud, et présente le retour d’expérience de l’utilisation de ces absorbeurs.

    Solution retenue pour le viaduc de Saint-Cloud

    Cette partie présente l’adaptation de l’absorbeurd’énergie développé par le Lcpc et la sociétéEurocrash(voirlapremièrepartiedel’articledans

    Figure 1 : positionnement des absorbeurs – Source : Rst

    Figure 2 : rupture d’un câble et absorbeurs participant à la dissipation d’énergie – Source : Rst

    lebulletin«Ouvragesd’artN°57»)aucasspécifiqueduviaducdeSaint-Cloud.

    Onconsidèrepoursimplifierquelescâblespeuventêtre décomposés en un nombre entier de portionsde 30 m entre deux dispositifs fixes (déviateurs ouentretoises)successifs,cequicorrespondglobalementàlaréalitédelaprécontrainteextérieureduviaducdeSaint-Cloud,àuneoudeuxexceptionsprès.Àchacun

  • Viaduc de Saint-Cloud - Réparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeurs - Seconde partie

    Ouvrages d'artN°58 juin2008 �3

    decesdispositifsestaccrochéunabsorbeurparsensdedéplacement(voirfigure1).

    Il y a donc N absorbeurs par sens de déplacementpossibledescâbles,donc2Nabsorbeursparcâble.

    On considère qu’il peut y avoir une rupture dansn’importe quel tronçon de 30 m, mais juste aprèsl’absorbeur(casleplusdéfavorable,voirfigure2).

    Pourchacundesscénarioscorrespondantàunerupturede câble dans l’undes tronçons, ondistinguedeuxtypes de comportement, suivant que l’ancrage estbloquéounon.

    Larupturepeutavoirlieuà1x30mdecetancrage,2x30m,3x30m…Nx30m.

    Si l’on regarde la partie de droite du câble sur lafigure2(lemêmeraisonnementpouvants’appliquersurl’autrepartie),touslesabsorbeursreprésentésenvertabsorbentdel’énergie.

    S’il y a blocage du câble à l’ancrage, la détensionintéressealorsrespectivement0absorbeur(ruptureà1x30mdel’ancrage),1absorbeur(ruptureà2x30mde l’ancrage), 2 absorbeurs (rupture à 3 x30mdel’ancrage)…,(N-1)absorbeurs(ruptureàNx30mdel’ancrage).Eneffetdanscecas,l’absorbeursituéàl’ancragenedissipepasd’énergie.

    S’il n’y a pas de blocage du câble, alors les mêmesruptures intéressent un absorbeur de plus, celui dulieuoùs’effectuait leblocagedans lecasprécédent,àl’ancrage.

    Cas n° � : le câble n’est pas bloqué dans son mouvement

    Le câble est dans ce cas l ibre de se déplacerlongitudinalement. On considère que la rupture alieu en un point tel que le nombre de tronçons de30 m intéressés par la détension est n. Le nombred’absorbeursquiparticipentestdoncn-1lorsdelaphasededétension(l’ancragenesedéplacepas),puisnaprès(l’ensembleducâblesedéplace).

    L’énergieinitialecontenuedanslecâbleest:E=7,3kJx30mxn(l’énergieducâbletenduà70%de1770MPaestde7,3kJ/ml)

    Lorsque le câble se détend, une onde de détensionse propage depuis la zone de rupture jusqu’àl’ancrage. L’énergie de traction se transforme enénergie cinétique et le câble se raccourcit. Lorsquel’ondearriveàl’ancrage,lecâbles’estcomplètementdétendu. Sachant qu’il était tendu à ε = 0,0065(correspondantà70%de1770MPa),ledéplacementdu câble au niveau de l’absorbeur n°j est ded= (j -1)x30mx0,0065, soit0,195mx (j -1)(l’absorbeur situé au niveau de l’ancrage porte lenuméro1,etnesedéplacepaslorsdecettephase).

    Pour un câble de 300 m, cela représente environ1,76mpourledernierabsorbeur.

    Sachantquelaforcedansunabsorbeurestde100kN,l’énergie reprise dans cette phase de détension estdonc:

    On donne dans le tableau 1 l’énergie reprise parles absorbeurs lors de cette phase de détension, enfonctiondunombrende tronçons intéresséspar larupture (10 cas de figure envisagés en fonction dulieu de la rupture), de la longueur réelle du câblecorrespondant(nx30m),etdel’énergieducâble.

    On voit donc que plus le câble est long, plusl’absorptiond’énergieparlesabsorbeursestimportanteauproratadel’énergietotale.Ledéplacementmaximalde l’absorbeur qui apparaît dans la dernière lignedutableauestledéplacementdel’absorbeurlepluséloigné de l’ancrage. Il est à noter que les autresabsorbeurssedéplacentnettementmoins.

    Aprèscettephase,lecâbleestunprojectilelancé,devitesse uniforme. Durant la phase suivante, chaqueabsorbeur se déplace donc de la même manière et

    Nombre de tronçons n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    Longueur réelle (m) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

    Énergie du câble (kJ) 219 438 657 876 1095 1314 1533 1752 1971 2190

    Énergie reprise lors de la phase de détension 0 39.5 86 146 226 326 446 586 746 926

    Pourcentage repris 0% 9% 13% 17% 21% 25% 29% 33% 38% 42%

    Déplacement maximal de l’absorbeur (m) 0,00 0,20 0,39 0,59 0,78 0,98 1,17 1,37 1,56 1,76

    Tableau 1 : énergie dissipée par les absorbeurs lors de la phase de détension

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    reprendlamêmequantitéd’énergie.Commelecâblen’estpasbloquéàsonancrage,l’absorbeuràl’ancrageest cette fois sollicité comme les autres. L’énergierestant à reprendre se répartitdemanièreuniformeentre les absorbeurs. Le déplacement de chaqueabsorbeurcorresponddoncà:dsecondephase=Erestantàdissiper/n/100kNCe déplacement supplémentaire se cumule audéplacementdel’absorbeurlorsdelapremièrephase.Le déplacement total est donné dans la dernièrelignedutableau2,etcorrespondaudéplacementdel’absorbeurleplussollicité.

    Onconstatequ’ilfautdeslongueurstotalesd’absorbeursassez importantes (jusqu’à3m).En réalité certainsabsorbeurs ont besoin d’une telle longueur dedéplacement(ceuxsituésloindel’ancrage),d’autresnon (ceux près de l’ancrage). De plus, lorsque ledéplacement maximal de l’absorbeur est atteint,l’absorbeur estdésactivé,mais les autres absorbeurscontinuent de dissiper de l’énergie. Pour ne pasconcevoirdesabsorbeurstroplongs,ondécidedoncd’utiliserdeslongueursd’absorbeurségalespourtouslesdispositifs,etdedimensionnercettelongueurdesorte que l’ensemble des absorbeurs fonctionnant àleur déplacement maximal reprenne toute l’énergieducâble.

    La d i s tance d minimale e s t donc te l l e quenx100kNxd=7,3kJdoncd=7,3x30/100=2,20m,(oninclutl’absorbeursituéàl’ancragedanslecalcul).

    La longueur minimale de l’absorbeur pour pouvoir stopper le projectile est de 2,20 m pour tous les absorbeurs.

    Cas n° � : le câble est bloqué

    On reprend le dimensionnementde2,20m trouvéprécédemment. Cette fois on suppose qu’il y ablocagesoitauniveaud’undéviateur(àcausede lacassureangulaire),soitauniveaudesancrages.Cecinemodifiepas le raisonnementcar lenombrendetronçonsintéressésparladétensionestlenombredetronçons compris entre le lieude rupture et le lieudeblocage.Leprincipeestdonclemêmesilecâbleromptà120mdel’ancrageetestbloquéà30mdel’ancrage,ousilecâbleromptà90mdel’ancrageetqueseull’ancragesebloque.

    La première phase (détension) est la même queprécédemment. Puis une onde de compressionse réfléchit depuis l’ancrage et se propage vers larupture. Ensuite le flambement dynamique a lieuenvironlorsquel’ondedecompressionaatteintunequarantainedemètresaprèslepointdeblocage(voirlapremièrepartiedel’articledanslebulletin«Ouvragesd’artN°57»).

    Lorsque l’onde de compression a atteint l’abscisse40m (début du flambement), tout le câble situéen arrière a encore subi un déplacement uniformede 0,0065x40m=26cm (qui correspond à la

    Nombre de tronçons n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    Longueur réelle 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

    Énergie à reprendre par absorbeur 219 399 571 730 869 988 1087 1166 1225 1264

    Déplacement uniforme des Absorbeurs (m) 2,19 1,99 1,90 1,83 1,74 1,65 1,55 1,46 1,36 1,26

    Déplacement maximal cumulé de l’absorbeur le plus sollicité (m) 2,19 2,19 2,29 2,41 2,52 2,62 2,72 2,82 2,92 3,02

    Nombre de tronçons n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

    Longueur réelle 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300

    Énergie du câble (kJ) 219 438 657 876 1095 1314 1533 1752 1971 2190

    Énergie reprise lors de la phase de détension 0 39.5 86 146 226 326 446 586 746 926

    Energie reprise lors de la phase de compression, juste avant flambement 0.00 19.5 45.5 71.5 97.5 123.5 149.5 175.5 201.5 227.5

    Énergie reprise avant flambement 0.00 59 132 218 324 450 596 762 948 1154

    Pourcentage repris 0% 13% 20% 25% 30% 34% 39% 43% 48% 53%

    Tableau 2 : énergie dissipée par les absorbeurs lorsque l’ancrage n’est pas bloqué

    Tableau 3 : énergie dissipée par les absorbeurs lorsque l’ancrage est bloqué, avant flambement

  • Viaduc de Saint-Cloud - Réparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeurs - Seconde partie

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    diminutionde longueurdes40premiersmètresducâble à partir de l’ancrage). Les absorbeurs situésau-delà de 40 m après l’ancrage subissent donc cedéplacement.L’absorbeursituéà30maurasubiundéplacementde0,0065x30m=19,5cm.L’énergierepriseparlesabsorbeurssedéduitaisémentdeleurmouvement(tableau3).

    Pour lescâbles«courts» (30met60m),bienquel’énergie consommée soit très faible, le phénomènede flambement ne se produira pas pour les raisonsévoquéesdanslapremièrepartiedel’article(bulletin«Ouvragesd’artN°57»).

    Les câbles très longs sont déjà très amortis car ledéplacementlongitudinalducâbleesttrèsimportantloindel’ancrage(proportionnelàcettedistance),etdonclesabsorbeurssituésloindel’ancragedissipentbeaucoup d’énergie. L’énergie consommée pendantcette phase où le câble reste rectiligne atteintpresquelamoitiédel’énergieducâble.Néanmoins,il apparaît clairement que toute l’énergie du câblen’estpasconsommée.Avecl’énergierésiduelle,ilestencore possible que le câble flambe. Néanmoins, sice flambement atteint des amplitudes importantes,l’extrémitéducâblesedéplaceencore.Lorsquel’onraisonne en petits déplacements, le déplacementlongitudinal induit est en général négligeable parrapport au déplacement transversal. Néanmoins,lorsqueledéplacementtransversaldevientimportant,le déplacement longitudinal devient significatif. Ladéformation transversale initiée par le flambementprovoque donc, à longueur de câble constante, unmouvementdel’extrémitélibreducâblequipermetauxabsorbeursde fonctionneretdedissiperencoreplusd’énergie.

    L’expériencemontrequ’ilseforme1,2ou3bouclesaumaximumdelongueurenviron4-5m.(expérienceissue des essais au Lcpc sur un câble de 100 m,ancragebloquéavecabsorbeurs,ainsiquedesanalysesthéoriquesetmodèlesSetec).

    Lorsqu’uneboucled’amplitudev0 etde longueurLse forme (voir figure 3) et lorsque la longueur ducâbleresteinchangée,l’extrémitédecetteboucles’estdéplacéede

    Pour3boucles,celareprésentedonc:

    Eneffetsiladéforméepeutsemettresouslaforme:

    (figure4)alorslalongueurdéveloppée

    (oucurviligne)estdonnéepar:

    Donc:

    Le déplacement longitudinal est égal à la longueurtotaledu câble (L0) à laquelleon retire la longueurprojetéesurl’axex(L),soitL0-L.Onretrouveainsibienlaformuleprécédente.Cetteformulerestevalablelorsquev0estnettementpluspetitqueL,cequin’estpluslecaslorsqueleflambementdevientimportant.Néanmoins, des tests numériques montrent quel’erreurcommisen’estpastrèsimportanteetneremetpasencauselerésultat.

    Connaissant l’énergie restant à reprendre, qui serépartitentrelesdifférentsabsorbeursrestant(n-1etnonncommedanslecasprécédentcarl’absorbeurdel’ancragenetravaillepas),onendéduitledéplacementde chacun de ces absorbeurs, et donc l’amplitudemaximaledelaboucle.Làencore,lesdéplacementsthéoriquementnécessairessontsupérieursà3mpourlesabsorbeurstrèséloignésdel’ancrage,desortequel’onvaànouveaudésactiverlesabsorbeurssedéplaçantdeplusde2,20m.On considère que tous les absorbeurs se sontau f ina l dép lacés de 2 ,20 m sauf ce lu i del ’ a n c r a g e , d e s o r t e q u e l ’ é n e r g i e r e p r i s en’est pas tout à fait l’énergie initiale du câble.Eneffet,(n-1)x100kNx2,20m<7,3kJxn30m.

    Figure 4 : déformée de flambement d’une boucle de câble – Source : Rst

    Figure 3 : flambement du câble – Source : Rst

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    Néanmoins, l’écart à reprendre est faible lorsque lecâbleestsuffisammentlong(maisonavuquepourdescâblescourtslephénomènedeflambementneseproduisaitpas).Ledéplacementde

    d=2,20mdonne,avecunelongueurdebouclede

    L=5m, =1,25m.Lecâblefouetteraau

    maximumde1,25m,sur3bouclesde5mdelong(soit 15 m en tout), avant que toute l’énergie soitreprise.

    Les zones dangereuses couvrant les deux types decomportementsontreprésentéessurlafigure5:

    Figure 5 : zones à éviter – Source : Rst

    Auniveaudesdéviateurs, lazonedangereuseestde15mdepartetd’autredudéviateur, sibienque lazonedangereusecouvreenpratiquetoutlecâble.

    Après mise en sécurité, il faut donc rester à unedistancetransverseminimalede1,25mducâble,età une distance longitudinale (derrière l’ancrage) de2,20mminimale, oubien resterdans cette zone lemoinslongtempspossible.

    Prise en compte du réancrage dans le coulis.

    Lorsquelestoronssedétendent,lecoulissecomprime.Commeles toronssedétendentbeaucoup, lecoulisse comprime d’autant et plastifie. L’énergie perdueparplastificationdanslecoulisest:E=FcoulisxεxL

    enconsidérantunelimitedeplastificationducoulisdeFcoulis=25MPaxSgaineεesttelqueEaSa(0,0065-ε) = Fcoulis=25MPaxSgainedoncε = 0,0061(EaetSasontlemoduleetlasectiondestorons).L’énergierepriseestdoncde0,5kJparmètrelinéaire,àôteraux7,3kJinitiaux(7%).Ilestvraiquecettemodélisationesttrèssimplistecarlecoulis,àdetelsniveauxdedéformation,vas’écraserousedésolidariserdestorons.Ilestcependantraisonnabledecomptersurunminimumd’énergiedissipéeentenantcompteégalementdel’amortissementdynamiqueducoulisvulesvitessesdedéformation.

    Lalongueurde2,20mestdoncàminorer.Ondoitavoir30mx(7,3-0,5)/100kN=2,04m.

    Poursimplifier,etpourtenircomptedesautrespertesd’énergie (amortissement internedes torons,pelagedesgaines,frottementgaine-coulismêmelorsquelemarteau se bloque), il a été décidé de prendre desabsorbeursde2mdelong(horsmarteau).

    L’ouvrageadoncétééquipéde708absorbeursde2mdelongueur.Lazonedangereuse,mêmeaprèsmiseenplacedesabsorbeurs,sesitue1,25mautourdescâbleset2menarrièredesancrages.

    Pourlescâblestrèslongsoutrèscourts,ilyadegrandeschancesqu’iln’yaitpasflambement.Lesfigures6et7illustrentlepositionnementdesabsorbeurs.

    Bienque laprécontrainte extérieuremise enœuvresoit une précontrainte additionnelle pour renforcerl’ouvrage, il a été décidé de ne pas détendre tousles câbles en même temps. Ainsi, environ ¼ de laprécontraintedevaitêtredémontéeàchaquefois,puisréparée.Ainsi,ondevaitdémontersuccessivementla

    Figure 6 : disposition des absorbeurs dans le « pont sur la Seine » – Source : Rst

    Figure 7 : disposition des absorbeurs dans le « viaduc d’accès » – Source : Rst

  • Viaduc de Saint-Cloud - Réparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeurs - Seconde partie

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    moitié de la précontrainte du caisson central, puisl’autre moitié, puis la précontrainte de la premièrealvéolelatéraleetenfincelledelaseconde.Lephasageréeldedétensionetremplacementdescâblesdevaitêtreoptimisélorsdelaphasedetravauxmaisdevaitglobalement se conformer à ces recommandations.L’objectiffinalétaitd’avoirdestractionslimitéesdanslebéton sous la combinaison fréquentedes chargesroutières(compte-tenudelafaibleduréedestravaux),maisaussidelimiteraumaximumlacoexistencedecâblesanciensetdecâblesneufs,lespremierspouvantéventuellementendommagerlessecondslorsdeleurdétension.

    mise en œuvre sur chantier et retour d’expérience

    Comme des difficultés pratiques pouvaient rendrela mise en œuvre sur le chantier difficile, un essaide pose d’absorbeur a été fait dans l’ouvragependantl’élaborationdudossierdeconsultationdesentreprises. Il a montré que la géométrie réelle desgainesquinesontpastotalementcirculairesrendaitparfois impossible la pose du marteau. Un petitjeuaétédonnédans la forme intérieuredecelui-cipour pouvoir s’adapter plus facilement à toutes lesconfigurations, mais tout en serrant parfaitementla gaine et de façon homogène. Les spécifications

    Photo 1 : encombrement latéral des absorbeurs – Source : Rst Photo 2 : scie télécommandée – Source : Rst

    Photo 4 : absorbeurs – Source : RstPhoto 3 : absorbeurs – Source : Rst

    concernantl’absorbeurbrevetéparleLcpcetl’ÉcoleCentraledeNantesontétédonnéesdanslemarchéycomprislesqualitésbienspécifiquesdesmatériauxàutiliser.Bienentendu,unautresystèmequiauraitdesréférencesdemêmeniveaupouvaitêtreproposédanslecadredumarchémaisiln’yapaseud’offresdecetype.

    L’absorbeurdécriticiadoncétéutilisésurlechantierderemplacementdel’intégralitédelaprécontrainteextérieurecarc’estfinalementcetteoptionquiaétéproposée par le comité technique et retenue par laDgr.Malgrél’encombrementlimitédesmarteaux,laposesurplusieurscâblestrèsprochesn’estcependantpasfacilecommelemontrelaphoto1.Une autre difficulté, non prévue, a été rencontrée.Aprèsserrageàlaclédynamométriquedesmarteaux,tâche demandant des aller-retours pour un serrageparfaitementuniforme,ilaétéconstatédanslesjourssuivantsunediminutiondel’effortdeserragedûaufluagedelagaineenPehd.Ilafalluprocéderàdesresserragespours’assurerdubonfonctionnementdesmarteauxlemomentvenu.Lesectionnementdescâblesaétéeffectuéeparsciageavecunescietélécommandée(photo2).Les absorbeurs qui étaient placés dans le sens dedétensionontparfaitementfonctionné(photos3et4)pourlescâblesdu«pontsurlaSeine»(lesautrescâblesdu«viaducd’accès»étantàl’heureactuellepasencoredémontés).

    Marteau

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    Commeprévisible,unegrandepartiedesabsorbeurs,situésdanslesenscontrairedeladétension,n’apasétésollicitée(photo5).Iln’yaeuaucundommagedansl’ouvragemalgrécetteméthodebrutalederupture.

    Il est à noter que de nombreuses difficultés sontapparues pour le démontage des ancrages de câble(photos 7 et 8). En effet, du fait de la présence decoulisentre lagaineenPehdet le tubecoffrant, latêted’ancrageétaitquasimentsolidairedel’entretoise,etilafalludesvérinstrèspuissantspourlesenlever.Cela confirme a posteriori que les câbles sont bienpartiellement bloqués dans les deux sens et que le

    flambement du câble du fait de son blocage est unphénomènetrèsplausible.

    Laprincipaledifficultéprovenaitdecequel’effortàmettreenœuvrepourextrairelestêtesd’ancragen’étaitpasconnuaudépart,sibienquedanscertainscaslachaisemétallique,conçuepourl’occasion,etservantd’appuiauxvérinslorsdel’opérationasubiundébutdeflambement(photos9et10).

    Au final, différents matériels ont été utilisés,développantdespuissancesd’extractionvariablesde30à150tonnes.

    Photo 5 : absorbeurs du côté opposé – Source : Rst Photo 6 : absorbeurs du côté où il ne s’est rien passé – Source : Rst

    Photo 8 : démontage des ancrages – Source : RstPhoto 7 : démontage des ancrages – Source : Rst

    Photo 10 : démontage des ancrages – Source : RstPhoto 9 : démontage des ancrages – Source : Rst

  • Viaduc de Saint-Cloud - Réparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeurs - Seconde partie

    Ouvrages d'artN°58 juin2008 ��

    Leremplacementdelaprécontrainten’apasposédeproblèmesparticuliers.Laconceptiondesnouveauxcâbles a été adaptée afin de réutiliser les plaquesd’ancrage existantes. Les nouveaux câbles ont étéinjectésàlacirepétrolièreetlessurlongueursdecâblesontétélaisséesenplaceauxabouts(avecuncapotdeprotection)pourpermettreleurdémontageultérieurplusaisé(photos11et12).

    Lesopérationsd’injectiondescâblesontétéémailléesdeplusieurséclatementsdegainessousl’effetconjuguédelahautepressiond’injectionetdelatempératuredelacire(photos13et14).Certainscâblessonteneffettrèslongs(jusqu’à340m),etlatempératureextérieurelorsdecettephasedetravauxétaitbasse.

    Iladoncéténécessairederéaliserl’injectionnonpasàpartird’undesdeuxancragesmaisàpartird’unpointintermédiaireprochedumilieuducâble.

    Une autre particularité de l’ouvrage est la présencede câbles comportantune zonedebouclage autourdes bossages de l’appui cantilever. Cette solutionavait le double avantage d’éviter la réalisation d’unblocd’ancrageaudroitducantileveretdeconforterl’accrochage des bossages sur l’âme du caisson.

    Cependant, afin de répartir au mieux l’effort deprécontraintelelongdubossage,lebouclageestréalisédelafaçonsuivante:

    danslazonedebouclage,lestoronsnussontinsérésdansdes tubesmétalliques individuels, ces derniersétantsoudéssurlaplaquemétalliquequileursertdesupport,elle-mêmeposéedirectementsurlebéton;

    au-delàde l’entretoise les torons sont regroupés àl’intérieurd’unegainePehdclassique;

    entrelesdeux,ontrouveunezoned’épanouissementdestoronsdanslaquelleceux-cisubissentunedéviationdansleplanvertical.

    Lechoixayantétéfaitderemplacerlaprécontrainteà l’identique, le principe de ce dispositif a étéreconduit,en améliorant cependant la protectiondes torons par l’adjonction d’un carter métalliqueenglobantl’ensembledestubesindividuelsetinjectéàlacire.Cettepartiedescâbles,situéeàlaverticaled’unjointdechaussée,esteneffetparticulièrementexposéeàl’humidité,cecimalgrélaréfectionrécentedujointetdesondispositifderecueildeseaux.

    Photos 13 et 14 : éclatement de certaines gaines – Source : Rst

    Photos 11 et 12 : réutilisation des plaques d’ancrage et surlongueurs aux abouts (avant pose du capot de protection) – Source : Rst

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    L’enfilagedes toronsdans les tubes a étédélicatdufaitdes frottements le longdes tubesà faiblerayonde courbure (1,25 m). Après plusieurs tentativesinfructueuses, ils ont d’abord été poussés jusqu’àla sortie du tube déviateur, puis poussés-tirés(figure8).

    Suivi de l’ouvrage lors du démontage de la précontrainte

    Procédure de suivi de l’ouvrage

    Le phasage de remplacement des câbles du viaducde Saint-Cloud a été établi de manière à limiter ladécompressionenlimitantl’ouverturedesjointsentrevoussoirsetenassurantunniveaudesécuritésuffisantpourtouteslesphasesduchantier.Pours’enassurer,le comité technique a néanmoins demandé la miseenplaced’unsuividel’ouvragedurantlesphasesdetravauxdedétente.Cesuivicomprend:

    unedéterminationdel’effetthéoriquedeladétentedecâbleslorsd’unephasededémontage;•

    l ’ é tab l i s sement d’un organigramme d’a idedécisionnellebasésurdesseuilsdedécompressiondejointsentrevoussoirsànepasdépasser;

    lamiseenœuvred’uneinstrumentationpermettantunsuiviendirectdelastructuredansleszonesjugéeslespluscritiques.

    Organigramme d’aide à la décision

    LaDivisiondesOuvragesd’ArtetdesTunnels(Doat)de la Direction régionale de l’équipement Ile deFrance (Dreif ) a été missionnée pour déterminerdes seuils admissibles de décompression de joints;ils correspondent à des niveaux de sollicitationacceptables des câbles de précontrainte intérieuresuite à la découpe de câbles, et ce pour des cas dechargement réalistes pour l’ouvrage en termes detraficetdegradientsthermiques.Différentsniveauxdedécompressionontétédéterminés;pourchacund’entre eux, la conséquence de la poursuite de ladécoupe, et celle de la remise en circulation del’ouvrageontétéanalysées.Cetteréflexionaconduitlamaîtrised’œuvreàl’établissementd’unorganigrammed’aidedécisionnellevalidéparlecomitétechnique.L’intérêt d’un tel organigramme pour la maîtrised’œuvreestqu’uneréponseà toutesituationaitétéréfléchieaupréalable,etqu’ellen’aitpasàprendreunedécisiondansl’urgenced’unévénementimprévu.

    Figure 8 : principe de remplacement des câbles du cantilever – Source : Rst

  • Viaduc de Saint-Cloud - Réparation de la précontrainte à l’aide d’absorbeurs - Seconde partie

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    Identification des joints de voussoirs à instrumenter

    Lorsdel’étudeduremplacementdelaprécontrainteduviaduc, laDoatavaitmodélisé l’ouvrageafindedéterminerunphasagededécoupeetderemplacementdescâbles.Àpartirdecetteétude, ilaétépossible,d’unepartd’identifierlesjointsentrevoussoirsdontles niveaux de compression après détente sont lesplus faiblespourunephasedonnée, etd’autrepartde connaître un ordre de grandeur des niveaux dedécompressionthéoriques.

    Instrumentation de l’ouvrage

    Pourchaquephasededécoupe,lesquatrejointsentrevoussoirslespluscritiquesontétéinstrumentés.Enfonctiondupositionnementdesjointsdanslatravée,le hourdis inférieur, ou le hourdis supérieur a étééquipé à l’aide de capteurs de déplacement : deuxcapteursenhourdisinférieurlorsqueladécompressionest attendue en fibre inférieure, trois capteurs enhourdissupérieursinon.Lorsdechaquephasededécoupe,l’instrumentationaétémenéeentroisétapes.Lapremièreétapeconsisteen un «apprentissage» du fonctionnement deszones instrumentéesqui permet d’appréhender lecomportementdesjointssoustraficetsousgradientthermique avant découpe sur un cycle de 24h, etaussides’assurerd’unfonctionnementnormalavanttravaux.Ensuite,lorsdestravaux,lesmesuresdonnentlavariationdecontraintesauniveaudesjointsetleuréventuelledécompressionpourladécoupedechaquecâble. La troisième étape consiste en un suivi del’ouvragesouscirculationetsousgradientthermiquedurantplusieursheuresaprèsladécoupe;eneffet,les

    travauxétaienteffectuésdenuit,etl’ouvrageétaitdoncplussollicitélejour(trafic,température).

    Ilestànoterquelesectionnementdespremierscâblesc’esteffectuésanscirculation.Lessectionnementsdescâblessuivantsonteulieulanuitmaissouscirculation,cequiauraitétésansdouteimpossiblesansabsorbeuretsansinstrumentation.

    L’instrumentation a par ailleurs permis de validercertaineshypothèsesintroduitesdanslesmodèlesdecalcul.

    L’instrumentation devait répondre à un cahier deschargesrelativementexigeant:lescapteursdevaientmesurer des grandeurs allant de quelques µm àquelquesdixièmesdemm,lamaîtrised’œuvredevaitpouvoirconnaîtreladécompressiondechaquejointaprèschaquedécoupeélémentairedecâble,lesmesuresdevaientêtreréaliséesentoutesécurité.Lescapteursutilisésétaientdescapteursinductifsavecuneprécisionsupérieureauµm,reliésàunecentraled’acquisition.Pourdes raisonsde sécurité, la centrale était situéedansl’alvéoleopposéeàlazonededécoupedescâbles,etlesmesuresétaienttransmisesàlamaîtrised’œuvreparémetteurradio.Ladéfinitionetlamiseenœuvredel’instrumentationontétéréaliséesparleLaboratoireRégionaldel’EstParisiendelaDreif.

    Legrapheprésentéfigure9représentelavariationdedéplacementsenµmauniveaud’unjointenhourdissupérieur(troiscapteurs)lorsdeladécoupedequatrecâbles.Onconstateuncomportementprochede lathéorie,àsavoirunemêmevariationdedéplacementpardécoupeélémentairedecâble.

    Figure 9 : suivi de l’ouvrage – Source : Thierry Saez (Sétra)

    Photod’uncapteur Courbedesuivid’unjointlorsdeladétentede4câbles

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    Conclusion du suivi de l’ouvrage

    Cetteprocédureamontrésonutilitélorsd’unephasede détente durant laquelle la maîtrise d’œuvre adécidédenepasdétendreuncâble(surcinqprévus)après dépassement d’un seuil; cela a conduit à unmaintiendusuividesdécompressionsdesjointsaprèsréouverturedel’ouvragesansrestrictiondecirculation,ainsi qu’à une révision du phasage de réparationpour ne pas risquer d’endommager localement lastructure.

    Conclusion

    L’ensemble de ces études et essais financés par ladirectiongénéraledesroutes(Dgr)danslecadreduviaducdeSaint-Cloudontlargementfaitprogressernosconnaissancessurlaprécontrainteextérieure.Tout d’abord, l’éventualité d’un phénomène decorrosionfissurantesoustensionaprèsdenombreusesannéesdeservicedémontrequelaqualitédel’injectionest primordiale pour la pérennité des câbles deprécontrainteextérieureetqu’unexamendétaillédel’étatdecetteprécontrainteestàpréconiserdans lecadredesinspectionsdétailléesdesouvrages.

    Nosconnaissancessurladynamiquedelaruptureontgrandementprogrességrâceauxeffortsconjointsdetoutleréseauscientifiqueettechniqueduministère.Lephénomènedeflambementexistesilescâblessontsuffisamment longs.L’absorbeurbreveté etprésentédans cet article n’empêche pas complètement cephénomène mais limite très fortement ses effets cequipeutêtretrèsintéressantdanscertainscas.Mêmesilefouettementarrièreducâblen’apasétéobservé,il peut dans certains cas se révéler particulièrementdangereux. Les absorbeurs ainsi conçus permettentaussid’évitercephénomèneenabsorbantl’énergieducâbledemanièrecontrôléecequipermetparvoiedeconséquencederéduirelefouettementtransversal.

    Celasupposecependantlaposed’unélémentdevantchaqueentretoiseetchaquedéviateuretquel’injectiondescâblessoitcorrecteàceniveauafindetransmettreles efforts. Le coût est assez important ainsi que ledélaidepose.

    Silaconceptiondel’absorbeuraétéfaitepourlescâblesduviaducdeSaint-Cloud,lesréflexionsdéveloppéespermettentuneadaptationàd’autrescâblesoud’autresdiamètres de gaines. Un redimensionnement parmodèlenumériqueainsiquelaréalisationd’essaisenlaboratoireestcependantindispensable■

  • Ouvrages d'artN°58 juin2008 �3

    Le patrimoine des ouvrages sur le Rrnnc

    À la suite de la décentralisation en 2006, le réseauroutier national non concédé comporte environ10000kmderoutes,12000pontset5000ouvragesdesoutènement.

    Letableau1donneladécompositiondupatrimoinedepontsparfamillesd’ouvrages.

    Âge et durée de vie des ponts du réseau routier national non concédé (Rrnnc)

    NathalieOdent,ThierryKretz

    La figure 1 illustre la distribution en surface parfamilled’ouvrages.Lespontsenbétonprécontraintreprésententlamoitié,lebétonarméunquartetlesouvragesmixtesacier-bétonunhuitièmedelasurfacedu patrimoine. Les ouvrages divers regroupent 62ponts,d’unesurfacemoyenneélevée,de1900m².Ilscomptentnotammentdegrandsouvragesparticulierstelsquedeuxfranchissementssuspendus,troispontsàhaubansetdouzepontsenarc.Néanmoins,leurspoidsen surface est faible (2 %) dans le patrimoine. Parcontre,leurcoûtdemaintenancenel’estpas,commel’amontrélecasdupontd’Aquitainerécemment.

    Familles d’ouvrages % en nombre % en m² de tablier Âge moyen du pont Âge moyen du m² de pont

    Bétonarmé 50 26 26ans 26ansBusesbéton 8 4 20ans 20ansBusesmétalliques 9 3 28ans 27ansBétonprécontraint 17 48 27ans 28ansMaçonnerie 11 3 124ans 148ansMétalseul 0,5 2 34ans 28ansMixteacier-béton 4 12 21ans 17ansOuvragesdivers 0,5 2 32ans 28ansEnsemble 100 100 36ans 30ans

    Tableau 1 : distribution et âge moyen par famille d’ouvrages

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    Figure 1 : distribution en surface par famille d’ouvrages

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    Lepatrimoined’ouvragesd’artestrelativementrécent(figure2) : l’âgemoyendesponts estde36 ans ennombreet30ansensurfaceen2007(tableau1).Lapartd’ouvragestrèsanciens(construitsavant1950)esttrèsfaibleensurfacedanslepatrimoine(5%),maiselle représentenéanmoins13%desponts. Il s’agitd’environ 1 500 ponts, dont 80 % en maçonnerie,pontsdepetitetaillepuisqueleursurfacemoyenneestde155m²,alorsquelasurfacemoyennedesouvragesdupatrimoinetotalestde434m².

    Lesouvragesenbétonprécontraintanciens(construitsavant1976)représententuncinquièmedupatrimoineensurface,pourunesurfaceunitairemoyennevoisinede1400m².Onytrouvemajoritairementdesponts-dalles, une centaine de ponts-caissons et soixante-huit Vipp (viaducs à travées isostatiques à poutrespréfabriquéesprécontraintesparpost-tension).

    Lesouvragesmétalliquesoumixtesanciens(construitsavant1976)représententunpeumoinsde150ouvrageset seulement2,5%dupatrimoineen surface,maisleur taille moyenne avoisine 1 000 m².Toutefois,certains ouvrages métalliques ou mixtes (ponts àbéquilles,pontssuspendus)sontrépertoriésdanslesouvragesdiversetnonparmilesouvragesmétalliquesoumixtes.

    Lesouvragesdivers anciens (construits avant1976)représententseulement1%dupatrimoineensurface.Onydénombre environ25ouvrages. Ils dépassent2000 m² en moyenne. Les deux ponts suspendus(pondd’AquitaineetpontduTeil)représentent30%delasurfacetotale,lespontsenarc24%etlespontsàbéquilles22%.Onyrépertorienotammentunpontàbéquillesàdalleorthotropede9000m²(viaducdeCaronte).

    Figure 3 : âge de construction des différentes familles d’ouvrages (en surface)Figure 2 : distribution en surface par période de construction

    1950,correspondaugranddéveloppementdelatechniquedubétonprécontraint.Avantcettedate,lespontsétaientessentiellement en maçonnerie, en béton armé ou enmétal.

    1975,correspondàlapriseenchargedanslerèglementdecalculdubétonprécontraintdesphénomènesdefluageetdegradientthermique.

    1995, correspond à l’introduction dans l’InstructionTechniquesurlaSurveillanceetl’entretiendesOuvragesd’artdelaméthodologieIqoa,avecobligationderecenserprécisémentlespontsetleurscaractéristiquestechniques

  • Âge et durée de vie des ponts du réseau routier national non concédé (Rrnnc)

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    La durée de vie attendue des ouvrages

    Il est habituel dedireque les pontsmodernes sontconçuspouravoiruneduréedeviede100ans.Cetteassertionpeutêtretraduitedelafaçonsuivante:lesphénomènes de dégradation physico-chimiques oumécaniques prévisibles des matériaux sont pris encomptelorsdelaconceptionetdel’exécution,detellesortequ’ilsn’entraînentpaslapertedesperformancesattenduesdel’ouvragependantsaduréedevie(soit100 ans), sous réserve d’un entretien normal del’ouvrage.Ilconvientdenoterque:

    Seulslesphénomènesdevieillissementconnusàladatedeconstructionsontprisencompte;lesouvragesplusanciensnesontdoncpas«protégés»de façonexplicite.

    Les conditions d'exposition et d'usage n'ont pastoujoursétéanticipées;ainsilesalagegénéralisédesroutes peut conduire à la détérioration des bétonsparpénétrationdeschloruresetl'augmentationdelamassedesPlpeutsetraduireparunendommagementenfatiguerapidedesstructuresmétalliques.

    Entoutétatdecause,onpeutcomprendreladuréedeviecommelapériodeàl'issuedelaquellel'ouvragedemanderadestravauxderéhabilitationimportants,sinonsonremplacement.Ainsi,ilestcourantdere-chemiser les buses métalliques en fin de vie plutôtquedelesremplacer.Ilestànoterquel'onpeutdanscertainscasprolongerladuréedeviepardestravauxd'entretien préventif (protection des bétons vis-à-visde lapénétrationdes chlorures etduCO2pourempêcher la corrosion des armatures, retro-fitting(rajeunissement,remiseenbonétat)desassemblagesmétalliquessoudéspouraugmenterleurrésistanceàlafatigue).

    On trouvera en annexe un aperçu rapide desmécanismesdevieillissementdesouvrages.Defaçonschématique,nousdironsque:

    la conception des ouvrages en béton armé estsatisfaisantedepuis1940enFrance,celledesouvragesenbétonprécontraintdepuis1975seulement;

    lematériaubétonestcorrectementformulépourdesambiancesnormalementagressives,maislesenrobagesminimauxsontsouventinsuffisants;larésistanceaugeln'estbienmaîtriséequedepuis1982etlerisquede pénétration des chlorures (résultant des sels dedéverglaçage)n'aengénéralpasétéanticipé.

    les réactionsdegonflement internedubétonsontconnuesetmaîtriséesdepuisunequinzained'annéespourlaRéactionAlcaliGranulatsetquelquesannéesseulementpourlaRéactionSulfatiqueInterne.

    les câbles de précontrainte sont de bonne qualitédepuis 1970, mais les coulis de protection ne sontvraimentsûrsquedepuishuitansenviron;

    lesacierssontdebonnequalitédepuis1950,maisl'endommagementenfatiguen'esttotalementprisencomptequedepuis1996.

    La plupart des ouvrages du patrimoine existant nerespectent donc pas tous les critères aujourd'huidéfinispourgarantiruneduréedeviede100ans.Pourapprécierleurduréedevierésiduelle,nousexamineronsd'unepartnosdonnées sur les ouvragesdémolis etd'autrepartl'étatdesouvragesparfamille.

    Les statistiques annuelles de la construction et dela démolition donnent un nombre de 1 250 pontsdémolis et reconstruits entre 1975 et 2005 sur lesroutes nationales et départementales (300 ponts enbéton armé, 50 ponts en béton précontraint, 600ponts métalliques et 300 ponts en maçonnerie), àrapporteràunnombrede40000ouvragesexistantssurceréseauen1975,soit0,1%paran.L’espérancedeviethéoriquecorrespondanteestdoncde500ans.Toutefois,inversement,sil’onseréfèreuniquementauxouvragesdémolis,laduréedeviemoyenneressortà73ansseulement.

    L’analysedel’étatdesouvragespermetuneapprochephysiquedeleurduréedevieprobable.Lesrecherchesmenées dans le cadre du projet Brime (BridgeManagementInEurope)montrentquelesouvragesdupatrimoinefrançaissouffrentdesmêmescausesdedégradationquedanslaplupartdespaysd’Europe:

    la qualité insuffisante du béton, d'où résultent lacarbonatationetlapénétrationdeschloruresjusqu'auniveaudesarmaturesetparfoisunedégradationparlescyclesdegel/dégel;

    le manque d'enrobage des aciers passifs, qui,combinéaveclamauvaisequalitédubéton,conduitàlacorrosiondesarmatures;

    la corrosiondes câblesdeprécontrainte, résultantsouvent d'une mauvaise injection des gaines deprécontrainte;

    lesdéfautsd'étanchéitéetd'évacuationdeseaux.

    Familles d’ouvrages Âge moyen des pontsÂge moyen des ponts démolis

    Bétonarmé 26ans 51ans

    Bétonprécontraint 27ans 31ans

    Maçonnerie 124ans 84ans

    Métal 34ans 82ans

    Tableau 2 : âge moyen par famille d’ouvrages des ouvrages en service et des ouvrages démolis

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    Ces constatations ont conduit un groupe d’expertsduRstquenousavonsconsultéàréviseràlabaisseladuréedeviethéoriquedesouvrages.Leuravisestrésumé dans le tableau 3 ci-dessous. Il est à noterque «durée de vie» est à comprendre «commedurée moyenne à l’issue de laquelle des travaux deréhabilitationimportantssontàprévoir».Cetableauappellelescommentairessuivants:

    les ouvrages en maçonnerie constituent l'essentiel(80 %) des ouvrages datant d'avant 1950. D'aprèsl'évaluation de leur état par la méthodologie Iqoa,on recense parmi eux 10 ponts classés 3U (c'est-à-direnécessitantundiagnosticenurgence,voiredestravaux de réparation à court terme pour préveniruneffondrement,silediagnosticconfirmelagravitédesdégradations),alorsque lapopulation totaleencompte 112 en 2007. Ils représentent donc moinsd'undixièmedesouvragesdupatrimoineayantbesoind'uneinterventionurgente.Lespontsenmaçonnerieont en effet, d'une manière générale, un mode dedégradation lent et ont prouvé leur robustesse : ilstraversentlessiècles.CeciestunpeumoinsvraipourlesmaçonneriesdebriquesduNorddelaFrance,quis'endommagent souvent après cent cinquante ans,dufaitdescyclesdegel-dégel.Globalement,laduréede vie estimée pour cette famille reste très élevée :250ans;

    pour lesbusesmétalliques,deuxduréesdeserviceréduites sont proposées : 35 ans pour les busesconstruitesavant1980et45anspourlesautres,plusrécentes, pour lesquelles de nouvelles spécificationsdatantde1980permettentd'espéreruneduréedevielégèrementpluslongue;

    •lesouvragesenbétonprécontraintanciens(construits

    avant1976)représententplusdelamoitiéensurfacedu patrimoine construit pendant cette période(figure4).Prèsde30%decesouvragesprésententdesrisquesstructurelsàcourtoumoyenterme,d'aprèsleurévaluationIqoa,d'oùuneappréciationrelativementpessimistedeleurduréedeviemoyenne;

    Familles d’ouvrages Âge moyen du pontDurée de vie

    théoriqueDurée de vie

    réduite Commentaires

    Bétonarmé 26ans 100ans 80ans Carbonatationetcorrosiond’armatures

    Busesbéton 20ans 70ans 70ans Idembétonarmé

    Busesmétalliques 28ans 70ans 35/45ans Corrosionprécocedanssolsagressifs

    Bétonprécontraint 27ans 100ans 70ans Corrosiondesarmaturesdeprécontraintedesouvragesanciens

    Maçonnerie 124ans 250ans

    Métal 34ans 100ans 70ans Fatigue

    Mixteacier-béton 21ans 100ans 80ans Dalleenbétonarmé

    Tableau 3 : durées de vie théorique et prévisible par famille d’ouvrages

    Figure 4 : distribution en surface des ouvrages anciens en béton précontraint dans les types de structure avant 1976

  • Âge et durée de vie des ponts du réseau routier national non concédé (Rrnnc)

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    lacarbonatationdubétonarméafaitl'objetd'uneétude exhaustive sur un lot homogène d’ouvragesautoroutiers«standards»,PibaetPsdpde20à25ans.Laprofondeurdecarbonatationmoyennedespilesestde11mm,untiersdépassant15mm.Comptetenud’unenrobagemoyende25mm,cerésultatconduitàpronostiquerl’amorcedelacorrosiondesarmaturesà50ansetunedégradationplusimportanteà80ans.DesrecherchescomplémentairesmenéesauLcpcsurlespontsàpoutresenbétonarméconduisentàdesrésultatssimilaires,voireunpeupluscritiques.

    Conclusion

    La durée de vie d’un ouvrage d’art est une notionencore assez abstraite, car le patrimoine d’ouvragesd’art est jeune et les démolitions pour cause desénescencesonttrèsrares.Maiscettenotionesttrèsutile, lorsqu’elle est comprise comme l’âge moyenauquel une famille d’ouvrages d’art demandera destravauxderéhabilitationimportants.

    Laprévisiond’uneduréedevieprobable résultedenos connaissancesdesmécanismesdevieillissementdesmatériauxconfrontésauretourd’expériencesurle comportement in-situ des ouvrages. Des progrèsconsidérablesontétéfaitsdepuisunedizained’annéessurl’analysedesmécanismesdedégradationdubéton,demêmequesurnotrecapacitéàformulerdesbétonsdehautedurabilité.Cesconnaissances,confirméesparleretourd’expérience,laissentàpenserqueladuréedeviedesouvragesoupartiesd’ouvragesenbétonarméseradel’ordrede80ans.

    Du fait qu’ils sont très peu sollicités en fatigue,les câbles de précontrainte bien protégés contre lacorrosiondevraientavoiruneduréedevietrèslongue.Malheureusement,l’expériencenousmontrequecetteprotection,traditionnellementassuréeparuncoulisdeciment, est souventdéficiente, enparticulier surlesouvrageslesplusanciens.Laduréedevieattendueest donc estimée à environ cinquante ans pour lesouvragesconstruitsavant1975,contrecentanspourlesouvragesplusrécents.

    Les ouvrages métalliques sont essentiellementendommagésmécaniquementpardesphénomènesdefatigue.Làencore,lepronosticdeduréedeviedoitêtreplussévèrepourlesouvragesanciens,quin’ontpasétédimensionnésenconséquence.

    L’analyse du patrimoine d’ouvrages d’art en Francepermet de conclure qu’il ne devrait pas y avoir dedétériorationbrutaledel’étatdupatrimoinedanslesquinze années à venir, sous réserve de la poursuitedelapolitiquedegestionetd’entretienactuelle.Lespriorités qui se dégagent sont la réhabilitation devieuxpontsenmaçonnerie, la rénovationdesbuses

    • métalliques et le renforcement ou la réhabilitationd’unnombrelimitédepontsenbétonprécontraint(lestravauxsontencoursouachevéspour4d’entreeux).Ilseraitégalementintéressantdedévelopperlapolitiqued’entretien préventif de certains vieux ouvrages enbétonarmé,pourprolongerleurduréedevie.

    Aujourd’hui,lesdésordressontessentiellementdétectéslorsdevisitesoud’inspectionsdel’étatapparent,doncextérieur, des ouvrages. Pourtant, se développentdes techniques de contrôles non destructifs quipermettent d’évaluer l’état d’endommagement desmatériaux en profondeur, avant que les désordresn’apparaissentensurfacedesstructures.L’utilisationplusfréquentedecesméthodesdedétectionpourraitpermettre aux gestionnaires de faire appliquer desproduitsdeprotectionàdesouvragesayantatteintunecertainematuritéousituésdansdesenvironnementsdéfavorables, avant que les dégradations ne soienttropavancées.

    Ils’agitainsid’encouragerlamaintenancepréventivedu patrimoine, pour prolonger sa durée de vie. Eneffet, les statistiques mettent en évidence que lepatrimoine est relativement jeune (30 à 40 ans enmoyenned’âge).80%dunombredespontsaentre7et44ans.Lafigure2amontréquelesouvragesdeplusdesoixanteansreprésententseulement5%delasurfacedupatrimoinesurleréseauroutiernational.

    Lesméthodesactuellementmisesenœuvrepermettentde faire face aux besoins et de se prémunir d’uneffondrementcausantdesvictimes.Mais,quandletauxd’ouvragesanciensaugmenteratrèssignificativementdans les prochaines décennies, les moyens actuelsrisquentd’êtreinsuffisants.C’estpourquoiencouragerdèsaujourd’huipartouslesmoyenspossiblesexistantsla mise en œuvre d’une politique de maintenancepréventive représente un intérêt économique etsécuritaireindéniable■

    Annexe - Historique des connaissances sur le vieillissement des matériaux et structures

    Vieillissement mécanique

    Dès 1940, le règlement de calcul des ouvrages enbéton armé imposait des conceptions de ferraillagerelativement satisfaisantes, y compris vis-à-vis de lareprisedel’efforttranchant.Leparcdesouvragesenbétonarméanciensnesouffredoncpasdepathologiesliéesàdesdéfautsdeconception.

    Ce n’est malheureusement pas le cas des ouvragesen béton précontraint. En effet, les pertes de

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    précontraintepar relaxationdesarmaturesetfluagedu béton n’ont été prises en compte qu’à partir de1975. Il en a été de même des effets du gradientthermique.Lesanciensouvragesenbétonprécontraintsouffrent donc d’un déficit de précontrainte. Deplus, une confiance excessive dans la compressionapportée par la précontrainte s’est traduite par uneinsuffisanced’acierspassifsdanslesouvragesenbétonprécontraintdatantd’avant1975,enparticulierdansles ouvrages à poutres, et même par l’absence d’unsystèmed’étanchéité.

    La fatigue des ouvrages métalliques est connue etpartiellement prise en compte depuis longtempsdans les dispositions constructives et le choix decertaines épaisseurs minimales, mais les règles del’art permettant la vérification complète en fatiguedatentde1996.Deplusl’effettoujourscroissantdeschargesd’exploitationn’aengénéralpasétéanticipéàlaconception.

    Vieillissement physique

    La rupture fragiledes acierspar temps froid estunphénomènedontlacompréhensionfineaveclamiseen évidence d‘une température de transition, dateseulementdesannées1950.Desrupturesspectaculairesdepontssesontproduitesàl’étrangersurdesstructuressoudéesdatantde lapremièremoitiéduXXesiècle,parexemplelepontdeHasseltenBelgique(1938).Mais les ruptures les plus importantes furent cellesdes bateaux entièrement soudés construits pendantladeuxièmeguerremondiale.

    Vieillissement physico-chimique

    Lesarmaturesdeprécontrainteproduitesavant1970peuventprésenterunesensibilitécritiqueàlacorrosionfissurantesoustension.

    La corrosion par dissolution de l’acier est bien sûrconnue depuis toujours ; par contre une confianceexcessivedanscertainesméthodesdeprotectiondescâblesaconduitàdesérieuxdéboires(exemplesdespontsdeTancarvilleetd’Aquitaine).

    Ladégradationparlegeldesbétonsaétéétudiéedès1987, par un groupe de travail connu sous le sigleGra-GroupeRhône-Alpes-comprenantdesmaîtresd’œuvre et des laboratoires privés ou publics de larégionRhône-Alpes.Les résultatsde cette réflexionont été concrétisés enmars1992parundocumentintitulé«Recommandationsspécifiquesàl’élaborationdesbétonspour lespartiesd’ouvragenonprotégéesdesintempériesetsoumisesàl’actiondugel».

    Lesrisquesdepénétrationoud’attaquepardesagentsagressifs du béton (CO2, chlorure, sulfate…,) sontconnusdepuislongtemps,etdifférentesdispositions

    onttoujoursétérecommandéespours’enprémunir:choix et teneurenciment, enrobagedes armatures,limitation de la fissuration. Mais la connaissancefinedesmécanismesdetransportdanslebétondateseulementd’unedizained’annéesetledéveloppementdemodèlesdevieillissementestencoreplusrécent;leur application reste délicate et réservée aux trèsgrands ouvrages ; une approche plus simple, baséesur des indicateurs de durabilité spécifiques, a étédéveloppée par le Lcpc et publiée en 2004 (guideAfgcsurladurabilitédubéton2004).

    Nos connaissances sur les réactions de gonflementinternedubétonsontégalementtrèsrécentes:

    La Réaction Alcali-Granulats (Rag) est uneréaction entre les alcalins solubles du béton et unecertaineformedesiliceréactivespécifiqueàcertainsgranulats en présence d'eau ; elle se traduit parla formation d'un gel gonflant interne au béton,dont ledéveloppementgénère lafissuration,puis ladéstructurationprogressivedubéton.Cetteréactionne se manifeste qu'en présence d'eau (hygrométriesupérieureà80%).Lesprincipesdepréventionsontdéfinisdansles«Recommandationspourlapréventiondesdésordresdusàl’alcali-réaction»(Lcpc,1994)etcomplétés par le «Guide de rédaction des piècesécrites»(Sétra,1996).

    LaRéactionSulfatiqueInterne(Rsi)peutêtredéfinieparlaformationdifféréed’ettringitedansunmatériaucimentaire,plusieursmoisvoireplusieursannéesaprèslapriseduciment,sansl'apportdesulfatesexternes.Le terme «différée» signifieque l’ettringiten’apaspuseformerlorsdel’hydratationduciment,etcecien raison d’un échauffement important du bétondanslesheuresoulesjoursquisuiventsoncoulage.Les principes de prévention sont définis dans les«Recommandationspourlapréventiondesdésordresdusàlaréactionsulfatiqueinterne»(Lcpc,octobre2007).

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    Information sur le système logiciel Om3Calcul des ponts mixtes aux Eurocodes

    C’estunoutildedimensionnementetdevérificationselon les Eurocodes des poutres des ponts dont letablier est constitué d’une ossature métallique souschaussée,solidariséepardesconnecteursàunedalledebétonarmé(ditspontsmixtesacier-béton).

    Présentation du logicielOM3 s’appl ique aux ponts mixtes à travéesindépendantesoucontinuesavecunnombredetravéescontinues limité à 20.Transversalement, le tablierpeut comporter de deux à six poutres métalliques identiques, avec des entraxes constants le long del’ouvrageouun caisson métalliquedontl’inclinaisondesâmesestconstantesurtoutl’ouvrage.Lespoutresou le caisson peuvent avoir une hauteur d’âmevariable;leursmembruresinférieureetsupérieuresontd’épaisseursvariablessurlalongueurdupont.

    OM3 reproduit chronologiquement la plupart desopérationsdeconstructiond’uneossaturemixte:posedelapoutraisonmétallique,phasedebétonnageduhourdis, dénivellations d’appui après durcissementdubéton,retraitetchangementdumoduledubéton,chargements...).Danslecasdesossaturesmixtes, la

    structure évolue en cours de construction avec lesétapesdecoulageetdeprisedubéton;c’estunedesparticularités d’OM3 de modéliser facilement tousles types de phasage de réalisation de la dalle. Leproblème du contrôle de la fissuration pendant lesphases de construction, peut ainsi être facilementtraitéenintégrantenparticulierunepartieduretraitaujeuneâge.Lescaractéristiquesfonctionnellesdelavoieportée(emplacementetlargeurdelachaussée),destrottoirs,sontsupposéesconstantesd’unboutàl’autrede l’ouvrage.En revanche, ladallepeut êtredécriteavecune largeurvariablepourmodéliserunélargissement.

    OM3peutcalculerlesépaisseursminimalesdestôlesetoptimiserleshauteursdepoutrepuisproposerunplande répartitiondematière et cepour tout typed’ouvrageetquelquesoitlenombredetravées.

    OM3peutcalculerunouvragemétalliqueencoursdelancement.

    OM3procèdeauxvérificationssuivantes:c lass i f icat ion des é léments métal l iques des

    sections;justifications des sections aux Els et à l’Elu

    fondamental;

    Caisson

    Poutre

    Phasage

    Courbe

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    Stages

    Ponts Formation Édition : la formation continue de l’École des Ponts dans le domaine des ouvrages d’art

    Cycle«InspectiondesOuvragesd’Art»module1:connaissancesdebase-1repartie 9 au 11 septembre 2008Concevoir,entreteniretréparerlescornichesd’ouvragesd’art 25 septembre 2008Entretenir,répareretrenforcerlesouvragesenbéton-partie1:diagnostic,réparationetprotectiondumatériauxbéton

    30 septembre au 2 octobre 2008

    Cycle«Conduireunprojetd’ouvraged’Art»module1:définirunprogramme 30 septembre au 2 octobre 2008

    Cycle«InspectiondesOuvragesd’Art»module1:connaissancesdebase-2epartie 7 au 9 octobre 2008Cycle«Formulerlesbétons»module2:lagamedesbétonsmodernes 14 et 15 octobre 2008

    RenseignementsetprogrammesdétaillésdesstagesEnpc: tél:0144582728ousite:http://pfe.enpc.frRenseignementsconcernantlescyclesinternationaux: tél:0144582828ou2827.

    vé r i f i ca t ion de l a ré s i s t ance des âmes auvoilement;

    limites admissibles à l’Els et à l’Elu de l’acier etdubéton;

    momentsrésistantsàl’Eludessectionsdeclasse1ou2;

    justificationàlafatiguedel’ossaturemétallique.vérificationdudéversement(méthodesimplifiée);vérificationduferraillageminimumdenon-fragilité

    deladalle;vérificationdel’ouverturedefissure;synthèsedesjustifications;connexion : dimensionnement, analyse élastique

    à l’Els et à l’Elu, justification à la fatigue desconnecteurs;

    vérification de l’aptitude au service de l’ouvrage(épreuves).

    •••

    •••

    Conditions d’acquisitionLeprogrammeOM3estdiffuséselon2formules:

    une location annuelle sur convention (contactezMadameClaudineGuillet-Barbierau0146113233ouclaudine.guillet-barbier@developpement-durable.gouv.fr);

    une location mensuelle par simple commandeponctuelle(commandepare-mailadresséeà[email protected]écisantlesdatesetladuréesouhaitée).

    La documentation se trouve sur notre site Ftp :• ftp://omtrois:[email protected]

    JacquesTeisseire

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    Publications

    • Ouvrages édités par le LcpcRecommandations pour l’inspection détaillée des ouvrages en boisRéférence : GTBOIS – Avril 2008 – 72 pages – Prix de vente : 37 euros

    LespontsenboissontencorepeunombreuxenFrance,maisdeplusenplusdepasserellesnotammentutilisentcematériau.Aprèslapublicationd’unguidetechniqueparleSétraen2006«Lespontsenbois-commentassurer leurdurabilité», axé sur la conception et laprescription, le Lcpc publie le présent guide sur lapathologieetl’inspectiondesouvragesenbois.En l’absence d’un fascicule de l’Itseoa relatif auxouvragesenbois,l’objectifdeceguideestdedonnerauxinspecteursd’ouvragesd’artlesnotionsessentiellesleur permettant de diagnostiquer correctement lespathologiesdesstructuresenbois.Ceguideprésented’abordun rappeldespropriétésessentiellesdumatériau,puisabordelespathologiessusceptiblesd’être rencontréespar l’inspecteurainsiquelesoutilsnécessairespourréaliseruneinspectiondétaillée. Le contenu d’une inspection est préciséensuite avec des recommandations pour aiderl’inspecteuràrechercherefficacementlespathologies,établirunesynthèsesurl’étatdel’ouvrageetpréconiserdesétudes,investigationsoutravaux.En annexe, des fiches synthétiques précisent lesorigines possibles des pathologies fréquentes, lesrisquespourlastructure,l’attitudeàavoirsurlesiteetlespropositionsd’actions.

    • Avis techniques ouvrages d’art

    Lesavistechniquesfournissentunavisofficielsurlecomportement prévisible des produits, procédés etmatériels pour éclairer les maîtres d’ouvrages et lesmaîtresd’œuvredansleursdécisions.Cesavistechniquessontrédigéssouslaresponsabilitéd’unecommissionmiseenplaceparleSétra,associantl’Administrationet laprofession représentéepar lessyndicats.LesecrétariatetlaprésidencedecettecommissionsontrespectivementassurésparleSétraetlaprofession.L’élaboration d’un avis technique est soumise auxétapessuivantes:

    dépôtdelademande;enquêtepréalable(s’ils’agitd’unepremièredemande

    jugéerecevable);examen du dossier technique et établissement du

    programmed’essais;établissementd’unavistechnique.

    ••

    Avis techniques récents

    Joints de chaussée des ponts-routesProduit Entreprise Date Validité Ref.

    JEP3/5CipecFreyssinetFrance

    09-2007 09-2012 FATJO08.01

    Ces avis techniques sont consultables sur les sites internet et intranet du Sétra (rubrique « Productions ») :• internet : http://www.setra.developpement-durable.gouv.fr• i2 (réseau du Ministère) : http://intra.setra.i2

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    YacineBen-MiladSétraCtoaTel:0146113275

    MichelBoileauSirtDirsoE