Procédé de construction d'un pont, dispositif pour sa sinise en oeuvre et pont obtenu par ce procédé
EMI0001.0004
La <SEP> présente <SEP> invention <SEP> a <SEP> pour <SEP> objet <SEP> un <SEP> procédé <SEP> de
<tb> construction <SEP> d'un <SEP> pont <SEP> dont <SEP> le <SEP> tablier <SEP> comporte <SEP> des <SEP> élé ments <SEP> préfabriqués <SEP> juxtaposés, <SEP> un <SEP> dispositif <SEP> pour <SEP> sa <SEP> mise
<tb> en <SEP> ceuvre <SEP> et <SEP> un <SEP> pont <SEP> obtenu <SEP> par <SEP> ce <SEP> procédé.
<tb> Il <SEP> existe <SEP> différents <SEP> procédés <SEP> de <SEP> construction <SEP> d'un
<tb> tablier <SEP> de <SEP> pont <SEP> à <SEP> l'aide <SEP> d'éléments <SEP> préfabriqués,
<SEP> toutefois
<tb> ceux-ci <SEP> font <SEP> aénéralenient <SEP> intervenir <SEP> des <SEP> engins <SEP> de <SEP> levage
<tb> dont <SEP> la <SEP> puissance <SEP> est <SEP> déterminée <SEP> en <SEP> fonction <SEP> du <SEP> poids
<tb> (les <SEP> éléments <SEP> préfabriqués <SEP> de <SEP> tablier.
<SEP> C'est <SEP> ainsi <SEP> que, <SEP> pour
<tb> des <SEP> raisons <SEP> pratiques, <SEP> ces <SEP> éléments <SEP> préfabriqués <SEP> ne
<tb> dépassent <SEP> généralement <SEP> pas <SEP> quelques <SEP> tonnes <SEP> si <SEP> l'on <SEP> veut
<tb> encore <SEP> pouvoir <SEP> assurer <SEP> leur <SEP> transport <SEP> et <SEP> les <SEP> poser <SEP> dans
<tb> des <SEP> conditions <SEP> écnnomiquenient <SEP> réalisables.
<tb> Ces <SEP> procédés <SEP> présentent <SEP> notamment <SEP> l'inconvénient
<tb> (lu <SEP> transport, <SEP> du <SEP> stockage <SEP> et <SEP> de <SEP> la <SEP> mise <SEP> en <SEP> place <SEP> d'un
<tb> ;
=rand <SEP> nombre <SEP> (le <SEP> petits <SEP> éléments <SEP> préfabriqués. <SEP> En <SEP> outre,
<tb> les <SEP> constructions <SEP> ainsi <SEP> réalisées <SEP> présentent <SEP> l'inconvénient
<tb> tic <SEP> présenter <SEP> tin <SEP> grand <SEP> nombre <SEP> de <SEP> joints <SEP> entre <SEP> les <SEP> élé menis <SEP> préfabriqués, <SEP> ce <SEP> qui <SEP> peut <SEP> nuire <SEP> à <SEP> leur <SEP> solidité.
<tb> Le <SEP> procédé, <SEP> objet <SEP> (le <SEP> l'invention,
<SEP> est <SEP> caractérisé <SEP> par
<tb> le <SEP> fait <SEP> qu'on <SEP> construit <SEP> au <SEP> moins <SEP> une <SEP> culée <SEP> du <SEP> pont <SEP> dont
<tb> la <SEP> surface <SEP> supérieure <SEP> présente <SEP> cri <SEP> coupe <SEP> transversale <SEP> le
<tb> profil <SEP> transversal <SEP> de <SEP> la <SEP> surface <SEP> inférieure <SEP> des <SEP> éléments
<tb> <B>(le</B> <SEP> tablier.
<SEP> qu'on <SEP> place <SEP> sur <SEP> (les <SEP> supports <SEP> au <SEP> moins <SEP> deux
<tb> p,tutrcs <SEP> inaitresses <SEP> s'étendant <SEP> approximativement <SEP> paral lèlement, <SEP> dont <SEP> l'une <SEP> des <SEP> extrémités <SEP> est <SEP> disposée <SEP> à <SEP> proxi niité <SEP> immédiate <SEP> <B>(le</B> <SEP> la <SEP> surface <SEP> supérieure <SEP> de <SEP> la <SEP> culée,
<tb> qu'on <SEP> coule <SEP> les <SEP> éléments <SEP> du <SEP> tablier <SEP> successivement <SEP> sur <SEP> la
<tb> cillée <SEP> dont <SEP> la <SEP> surface <SEP> supérieure <SEP> sert <SEP> de <SEP> moule,
<SEP> puis
<tb> qu'on <SEP> ripe <SEP> chaque <SEP> élément <SEP> ainsi <SEP> préfabriqué <SEP> jusqu'à <SEP> sa
<tb> position <SEP> définitive <SEP> sur <SEP> les <SEP> poutres <SEP> maîtresses.
<tb> Un <SEP> dispositif <SEP> pouf <SEP> la <SEP> mise <SEP> en <SEP> rouvre <SEP> de <SEP> ce <SEP> procédé
<tb> est <SEP> caractérisé <SEP> par <SEP> le <SEP> fait <SEP> qu'il <SEP> comporte <SEP> un <SEP> moule <SEP> de
<tb> préfabrication <SEP> (les <SEP> éléments <SEP> (le <SEP> tablier <SEP> constitué <SEP> par <SEP> la
<tb> surface <SEP> supérieure <SEP> (l'une <SEP> cillée <SEP> du <SEP> pont <SEP> ainsi <SEP> que <SEP> clos
<tb> moyens <SEP> de <SEP> transfert <SEP> de <SEP> chaque <SEP> élément <SEP> préfabriqué <SEP> (le
<tb> ce <SEP> moule <SEP> jusqu'à <SEP> sa <SEP> position <SEP> définitive <SEP> dans <SEP> le <SEP> pont.
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l <SEP> n <SEP> ;ont <SEP> obtenu <SEP> par <SEP> le <SEP> procédé, <SEP> objet <SEP> de <SEP> l'invention,
<tb> est <SEP> caractérisé <SEP> par <SEP> le <SEP> fait <SEP> qu'il <SEP> comporte <SEP> une <SEP> charpente
<tb> métallique <SEP> portant <SEP> un <SEP> tablier <SEP> réalisé <SEP> à <SEP> l'aide <SEP> d'éléments
<tb> préfabriqués <SEP> d'un <SEP> poids <SEP> unitaire <SEP> supérieur <SEP> à <SEP> 30 <SEP> tonnes.
<tb> Le <SEP> dessin <SEP> annexé <SEP> illustre, <SEP> schématiquement <SEP> et <SEP> à <SEP> titre
<tb> d'exemple,
<SEP> une <SEP> ferme <SEP> d'exécution <SEP> particulière <SEP> d'un <SEP> pont
<tb> réalisé <SEP> selon <SEP> une <SEP> mise <SEP> en <SEP> ouvre <SEP> du <SEP> procédé <SEP> et <SEP> à <SEP> l'aide
<tb> d'une <SEP> forme <SEP> d'exécution <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> que <SEP> comprend
<tb> l'invention.
<tb> La <SEP> fi-. <SEP> 1 <SEP> est <SEP> une <SEP> Vue <SEP> on <SEP> plan <SEP> partielle <SEP> schématique
<tb> chi <SEP> pont.
<tb> La <SEP> fil;. <SEP> 2 <SEP> est <SEP> (inc <SEP> vue <SEP> en <SEP> coupe <SEP> longitudinale <SEP> d'une
<tb> cillée <SEP> du <SEP> pont.
<tb> La <SEP> fi-. <SEP> 3 <SEP> est <SEP> une <SEP> vue <SEP> (le <SEP> dessus <SEP> partielle <SEP> de <SEP> la <SEP> culée
<tb> illustrée <SEP> à <SEP> la <SEP> fig. <SEP> 2.
<tb> La <SEP> <U>fion</U> <SEP> -I <SEP> est <SEP> une <SEP> vue:
<SEP> en <SEP> coupe <SEP> transversale <SEP> de <SEP> la
<tb> culée.
<tb> La <SEP> fiQ. <SEP> 5 <SEP> est <SEP> un <SEP> détail <SEP> à <SEP> plus <SEP> grande <SEP> échelle <SEP> de <SEP> la <SEP> sur face <SEP> supérieure <SEP> de <SEP> la <SEP> culée.
<tb> La <SEP> fi-. <SEP> 6 <SEP> est <SEP> une <SEP> vue <SEP> en <SEP> coupe <SEP> transversale <SEP> partielle
<tb> d'un <SEP> élément <SEP> de <SEP> tablier.
<tb> La <SEP> fi;
. <SEP> 7 <SEP> est <SEP> (in <SEP> détail <SEP> vu <SEP> en <SEP> plan <SEP> <B>(le</B> <SEP> l'élément <SEP> de
<tb> tablier.
<tb> La <SEP> fig. <SEP> 8 <SEP> est <SEP> tin <SEP> détail <SEP> en <SEP> coupe <SEP> à <SEP> plus <SEP> grande <SEP> échelle
<tb> (le <SEP> l'élément <SEP> de <SEP> tablier.
<tb> La <SEP> <U>fi .</U> <SEP> 9 <SEP> illustre <SEP> schématiquement <SEP> en <SEP> coupe <SEP> la <SEP> fixa tion <SEP> de <SEP> l'élément <SEP> de <SEP> tablier <SEP> sur <SEP> la <SEP> charpente <SEP> métallique
<tb> ainsi <SEP> que <SEP> le <SEP> joint <SEP> entre <SEP> deux <SEP> éléments <SEP> de <SEP> tablier <SEP> voisins.
<tb> Le <SEP> pont <SEP> illustré <SEP> comporte <SEP> deux <SEP> viaducs <SEP> 1, <SEP> 2,
<SEP> iden tiques <SEP> en <SEP> plan.
<tb> Etant <SEP> donné <SEP> leur <SEP> similitude <SEP> et <SEP> l'identité <SEP> de <SEP> leur <SEP> pro cédé <SEP> de <SEP> construction, <SEP> nous <SEP> ne <SEP> décrivons <SEP> ci-après <SEP> qu'un
<tb> seul <SEP> pont.
<tb> Chaque <SEP> pont <SEP> est <SEP> conçu <SEP> comme <SEP> une <SEP> poutre <SEP> continue
<tb> mixte <SEP> (poutres <SEP> maîtresses <SEP> en <SEP> acier <SEP> 3, <SEP> tablier <SEP> en <SEP> béton)
<tb> à <SEP> hauteur <SEP> constante, <SEP> sur <SEP> des <SEP> appuis <SEP> mobiles <SEP> et <SEP> un <SEP> appui
<tb> cotili@.Sant <SEP> en <SEP> travée <SEP> et <SEP> (feux <SEP> appuis <SEP> fixes.
La superstructure est composée de deux poutres maî tresses 3 en acier qui supportent un tablier en béton pré contraint transversalement et longitudinalement par un système de monofils, de inonotorons et de câbles sous gaines. Ce tablier est lié à la charpente métallique par l'intermédiaire de goujons 5 soudés sur la membrure supérieure qui sont noyés dans une masse de béton. Le tablier précontraint est préfabriqué par éléments 6 de 42,43 m qui sont amenés jusqu'à leur place définitive sur les poutres maîtresses 3 par ripage. Entre chaque élé ment de dalle 6 se trouve un joint 7 situé au milieu de la travée, qui est bétonné en place.
De chaque côté du tablier, les bords libres 8 de la dalle sont bétonnés après coup ; ensuite, une étanchéité, recouverte d'un tapis bitu mineux, protégera le béton. De part et d'autre du tablier peuvent se trouver des gardes-corps avec glissières de sécurité. En<B>plus,</B> des écoulements reliés à un collecteur principal peuvent assurer l'évacuation des eaux pluviales jusqu'à une culée. Cette superstructure peut reposer sur des palées pendulaires en béton armé qui prennent appui sur des socles de fondation sur pieux.
Les culées 4 assurent la retransmission des efforts axiaux provenant du freinage des séismes ainsi que de la composante horizontale due à l'inclinaison des palées jusqu'au niveau du sol. Elles servent également d'appui aux travées de rive.
Les culées sont conçues en forme de caisson rectan gulaire, à parois verticales, recouvertes d'une dalle hori zontale 9. Elles reposent sur un système de pieux. La dalle de couverture est utilisée comme fond de moule pour le coffrage et cotnine banc pour la mise en pré contrainte des dalles préfabriquées 6 du tablier. Le niveau des dalles de culée est inférieur à celui de la chaussée finie ; une couche de matériau tout-venant, d'environ 22 cm d'épaisseur, assure le profilage définitif. Une dalle de transition est aménagée entre la culée et le remblai. Les bords libres de la dalle de couverture sont bétonnés en dernier lieu de façon à assurer la con tinuité avec les bords du tablier du pont.
Des palées servent à retransmettre les efforts verti caux, provenant du tablier, jusqu'aux fondations. Elles retransmettent également aux fondations les efforts trans versaux provenant des effets du vent. Ces palées pren nent appui à la partie inférieure sur une rotule métal lique. Ces palées, dont la section et la hauteur sont varia bles, sont constituées par une plaque de béton reliant deux fûts verticaux.
Chaque palée est préfabriquée par éléments d'envi ron 3 m de hauteur qui sont ensuite disposés les uns sur les autres et solidarisés à l'aide d'armatures enfilées dans des gaines ménagées à cet effet et ensuite injectées.
Les palées sont montées à l'avancement. Elles sont tenues en équilibre provisoirement avant la pose des pou tres maîtresses 3 à l'aide d'un dispositif de vérins à vis fixé dans les socles.
Les poutres maîtresses 3 sont dimensionnées de telle sorte qu'elles supportent leur poids propre ainsi que celui du tablier en béton lors du montage. Par la suite, elles seront liées au tablier par l'intermédiaire des gou jons 5. A partir de ce moment, elles travaillent en sys tème mixte vis-à-vis des charges suivantes : revêtements, barrières, glissières, charges utiles concentrées et unifor mément réparties. Les poutres métalliques ont une hau teur constante et leur moment d'inertie est variable.
Les poutres maîtresses 3 ont une forme polygonale telle qu'elles s'inscrivent dans les arcs de cercle de la géométrie de l'ouvrage. Le tablier en béton préfabriqué. consiste en une dalle d'environ 13 m de large, d'une épaisseur constante de 22 cm, avec des goussets sur appui. Une bordure exté rieure 8, bétonnée après coup en longs tronçons, aug mente la régidité du bord libre et assure la continuité de la ligne du point de vue esthétique.
Ce tablier, préfabriqué par éléments 6 de 42,43 m de longueur, est précontraint par un système de fils adhé rents ainsi que par des monotorons tendus sur un banc de précontrainte. La précontrainte transversale consiste cri deux nappes planes (une supérieure + une inférieure) de huit monofils par mètre plus une nappe de quatre monotorons de l'2" par mètre, à forme trapézoïdale. La précontrainte longitudinale consiste en deux nappes planes de monofils (une nappe inférieure + une nappe supérieure).
Ce réseau de monofils assure plus particu lièrement la reprise des efforts provenant de l'applica tion de charges concentrées sur le tablier. La nappe en forme trapézoïdale de monotorons agit plus particuliè rement pour supporter les charges réparties. Les mono- fils longitudinaux participent à la reprise des efforts de traction sur appui. Ces dalles contiennent, en plus, un système de câbles de précontrainte longitudinaux (dis posés au droit des poutres maîtresses) dont la fonction est de reprendre notamment les efforts de traction con sécutifs aux moments négatifs dans la zone des appuis.
La surface supérieure de la dalle de couverture 9 d'une culée constitue le moule dans lequel les éléments préfabriqués de tablier sont coulés. Cette surface est traitée à l'aide d'une résine synthétique afin de limiter les effets d'adhérence avec le béton frais. Les coffrages latéraux sont amovibles et permettent de donner la forme polygonale voulue aux bords de la dalle 6. L'opé ration de décintrement et de démoulage s'opère en sou levant la dalle ii l'aide de quatre vérins émergeant de la dalle 9.
Ces vérins sont h-#dratiliques et au nombre de quatre, lis sont disposés dans des niches aménagées au droit des goussets de la dalle. 11s sont accessibles depuis l'ex térieur de la culée. Le niveau du piston est arasé sur le flanc de la piste métallique. L'injection d'eau sous pres sion peut être prévue entre le fond de moule et la dalle lors du démoulage.
Un banc de précontrainte est constitué, d'une part par la dalle supérieure 9 de la culée, d'autre part par une enceinte 10 formant un cadre autour du banc. Cette enceinte 10 est fixée à la dalle de la culée par boulon nage HP. <B>Elle</B> est constituée par un profil métallique fermé rempli de béton. Les monofils passent à travers cette enceinte. La mise en précontrainte se fait depuis un seul cité.
Les opérations<B>de</B> fabrication et de montage se dérou lent selon le processus suivant La préfabrication dune dalle sur moule (la dalle supérieure de la culée) consiste à mettre en précontrainte les monofils longitudinaux et transversaux ainsi que les monotorons transversaux sur banc, ensuite à bétonner. Après quatre jours, les armatures sont sectionnées après détente progressive, la dalle est décollée du fond de moule d'une hauteur d'environ 5 cm à l'aide des quatre vérins hydrauliques, puis elle est poussée en direction du pont à l'aide de vérins longue course (course d'en viron 1 m) qui s'appuient sur une butée spéciale.
Pour riper cette dalle avec facilité, on introduit des patins métalliques provisoires (non illustrés) lubrifiés entre la piste métallique ménagée au droit de chaque gousset de la dalle supérieure 9 de la culée et la dalle 6, ce qui assure un frottement minimum lors du dépla cement.
Ces patins sont utilisés provisoirement pour suppor ter la dalle pendant la course qu'elle effectue entre la position de bétonnage et la position au début du pont soit sur la charpente métallique. Ces patins sont au nom bre de quatre. Ils ont une épaisseur de 5 cm. Ils sont récupérables et peuvent reservir pour chaque élément. Au moment où la dalle arrive sur la poutre maîtresse, on place entre celle-ci et la membrure supérieure des patins définitifs 11.
Ces patins<B>11</B> sont utilisés pour assurer le libre glis sement des dalles lors du déplacement de celles-ci sur les poutres maîtresses 3. Ils sont constitués par une pla que métallique qui frotte sur la membrure supérieure et par une feuille de téflon entre la plaque métallique et le béton de la dalle.
Lors du déplacement sur les poutres maîtresses, seule la plaque métallique frotte sur la mem brure supérieure, cette plaque étant bloque par rapport à la dalle à l'aide de coins de bois 12 situés dans les engravures<B>13.</B> Une fois que la dalle a atteint son em placement définitif dans le tablier, on libère la plaque métallique par rapport à la dalle 6 en enlevant les coins 12 et le glissement s'effectue au niveau de la feuille de téflon, ceci afin d'abaisser encore le coefficient de frot tement.
Les éléments une fois préfabriqués sont mis à leur place définitive sur la charpente métallique par ripage. Ce ripage est obtenu en poussant les dalles à l'aide de vérins à longue course qui prennent appui, d'une part sur un dispositif de butes fixées sur la semelle supé rieure des poutres métalliques, d'autre part sur la sec tion de la dalle de béton au niveau des goussets. Le glis sement est assuré par les patins métalliques 11 lubrifiés lors du déplacement.
Une fois que tous les éléments 6 de dalle ont atteint leur position respective dans le tablier, on effectue le jointoyage entre dalles. Ce joint 7 est en béton conven tionnel armé. Le béton des joints avant durci, on effec tue la mise en précontrainte générale.
Lors de la mise en précontrainte générale constituée par des cibles, on fa,orise le raccourcissement élas tique et plastique en diminuant le coefficient de frotte ment entre la dalle et la charpente métallique grâce à la feuille mince de téflon disposée entre le béton et le patin<B>11</B> en acier.
Lors du déplacement, le guidage latéral des dalles est assuré par des goujons amovibles munis d'un dis positif à roulement @à billes.
Une fois la mise en précontrainte générale terminée et lorsque les déformations de fluage et de retrait sont devenues peu importantes, le tablier en béton est lié à la charpente métallique par bétonnage des engravures 13 qui ont été ménagées à cet effet. Les efforts rasants entre le tablier en béton et la charpente métallique sont repris par les goujons 5 soudés sur l'aile supérieure de la poutre maîtresse 3. Ensuite le vide correspondant à l'épaisseur d'un patin 11 ménagé entre le tablier et la semelle supérieure est rempli d'un mortier à base de ciment. Latéralement, l'étanchéité est assure par un cordon de mastic silicone.
II est donc ainsi possible par le procédé décrit de construire un pont, comportant des éléments préfabri qués peur la constitution du tablier de très grande di mension, ce qui pour un point donné permet de réduire le nombre des joints. Ces éléments de grandes dimen- sions sont extrèmement lourds, ils peuvent atteindre plusieurs centaines de tonnes chacun, mais comme ils sont fabriqués sur l'une ou sur les deux culées du pont et que leur mise en place s'effectue par ripage, il n'est point besoin d'engins de levage puissants.
Dans l'exemple décrit les dimensions des éléments de tablier sont de l'ordre de 13 m de large sur 42 m de long et 22 cm d'épaisseur. Il s'agit là toutefois de dimen sions pouvant varier en fonction du pont à construire.
D'une faon générale, ce procédé s'avère intéressant économiquement dès que les éléments de tablier dépas sent ales dimensions facilement transportables et des poids pouvant être facilement supportés par des engins de chantier normaux. Un poids de quelques dizaines de tonnes par élément de tablier devrait être une limite inférieure. Le poids maximum de chaque élément de tablier pouvant atteindre et dépasser 1000 tonnes.