Ponts_en_BPr_contraint.pdf

Université d’Abou Bakr Belkaid Tlemcen Faculté des sciences de l’ingénieur Département de Génie Civil

Présenté par : Henaoui Chakib Moustafa Dahmani Salah Eddine Janvier 2008

Les Ponts en Béton Précontraint

LES PONTS EN BETON PRECONTRAINT

2

Les Ponts en Béton Précontraint INTRODUCTION Le but de ce Mini Projet est de présenter a bien les ponts construits en béton précontraint mais avant de commencer cette présentation, on a commencé par présenter le matériau utilisé c'està-dire le béton précontraint, ses origines, la méthode de calcul, les différents types de précontrainte et en fin les types d’ancrages mais aussi une présentation sommaire de la précontrainte extérieure. Dans la suite on a commencé par présenter les ponts en béton précontraint en deux parties majeures : de 1945a 1960 et de 1960 jusqu'à la situation actuelle. Dans la première partie on a présenté les premières réalisations les innovations avec quelques exemples et dans la deuxième l’extension rapide du béton précontraint et le développement technique.

3

Les Ponts en Béton Précontraint

TABLES DES MATIERES Introduction........................................................................................................................2 I) Généralités sur le béton précontraint..............................................................................5 II) Principe de calcul……………………………………………………………………… 5 1. Définition…….............................................................................................................5 2. Définition sommaire de l’action de la précontrainte sur une pièce en béton……6 III) Modes de réalisation de la précontrainte…………………….......................................8 1. La précontrainte par fils adhérents ou pré-tension………………………………...8 2. La précontrainte par post-tension…………………………………………………...9 3. Précontrainte par vérin…………………………………………………………......10 IV) Les ancrages……………………………………………………………………………11 1. L’ancrage actif en post tension……………………………………………...……...11 2. Les ancrages fixes ou ancrages morts en post-tension…………………………….12 3. Les ancrages en pré-tension………………………..……………………………….12 V) La précontrainte extérieure ………………………………………………………….12 VI) Les ponts en béton précontraint……………………………………………………...14 1. Les ponts en béton précontraint de la période 1945-1960……………………......14 a. Les premières réalisations……………………………………………….....14 b. Les travées indépendantes……………………………………………..…...15 c. La construction en encorbellement…………………………………….......18 d. Autres types d’ouvrages…………………………………………………….19 e. Les systèmes de précontrainte……………………………………………...20 2. L’évolution depuis 1960 et la situation actuelle……………………………………21 a. L’extension rapide du béton précontraint…………………………………21 b. Les pont-dalles…………………………………………………………….…21 c. Les ponts a poutres indépendantes…………………………………………22 d. Les ponts a poutres continues………………………………………………25 e. Les ponts en encorbellements successifs…………………………………...26 f. Les ponts a béquilles obliques………………………………………………28 g. Les ponts en arc………………………………………………………….…..29 h. Les ponts a haubans…………………………………………………………29 Bibliographie………………………………………………………………………………...32

4

Les Ponts en Béton Précontraint

I. Généralités sur le béton précontraint : Nous savons que le béton armé est relativement lourd : les parties tendues du béton ne sont utilisées que pour enrober l’acier, et il est évident que leur poids constitue un handicap tel que, pour les poutres de grande portée ou de grand élancement L/H, la charpente métallique se révèle souvent plus économique. Il est donc logique de chercher a utiliser a plein la résistance du béton en comprimant a l’avance par le jeu des forces internes , de façon telle que la variation de contrainte qui faisait naître des tractions en béton armé ne provoque qu’une décompression du béton précontraint. Dés le début du 20ème siècle plusieurs ingénieurs avaient essayé de précomprimer des éléments de béton en les traversant de part en part par des barres d’acier doux, filetées, tendues par serrage d’un écrou ; mais ces essais n’avaient abouti qu’a échecs, en raison de l’intervention du retrait et du fluage du béton ; le raccourcissement différé du béton, sensiblement du même ordre que l’allongement initial donné a l’acier suffisait pour annuler la traction de la barre, et la précontrainte disparaissait ainsi au bout de quelques mois. C’est à Eugène Freyssinet (1879-1962) que revient le grand mérite d’avoir mis au point la technique du béton précontraint. Dès 1908, il réalisait des tirants précontraints au moyen d’acier dur et après une interruption due à la guerre de 1914, il déposait les brevets relatifs a la précontrainte en 1982. Malgré quelques réalisations spectaculaires parmi lesquelles il faut citer, en 1936, le renforcement des fondations de la gare maritimes du Havre (France), la précontrainte ne prit un véritable essor qu’après 1945, lors de la reconstruction de nombreux ouvrages : réservoirs, pieux de fondations, chaussées, pistes d’aviation, barrages, caissons de réacteurs nucléaires, et depuis 20 ans les plates-formes d’exploitation pétrolières en mer et bien sure les ponts notre objectif.

II. Principe de calcul : 1. Définition : En considérant une poutre rectangulaire de section (b, h) soumise a un moment M et en considérant q’elles formée de matériau élastique et homogène on peut exprimer la contrainte normale σ par rapport a son axe neutre : ( y)

My I

où I

bh3 12

Elle est maximale pour y=h/2 et vaut sur la fibre extrême de la section M .h / 2 bh3 /12

6M bh ²

Si on applique une force F sur la section, lui donnant une contrainte uniforme σ (avant application de M) puis, si on tient compte ensuite de l’application du moment fléchissant M, on obtient les diagrammes suivants :

5

Les Ponts en Béton Précontraint

6M h Grâce à cette force F nous avons fait disparaître toute contrainte de traction dans la section. L’élimination de la contrainte n’a pu être obtenue que par une augmentation importante de la contrainte de compression qui passe de σ a 2σ et on s’aperçoit ainsi que la force F, qui est en fait la force de précontrainte (quelquefois désignée par P), serait surtout utile dans la partie inférieure de la section ou elle éliminerait les contraintes de traction, mais de révélerait par contre inutile, et même nuisible dans sa partie supérieure. Donc nous allons excentrer cette force F par rapport a l’axe neutre afin de créer une contrainte de compression en partie inférieure, capable d’annuler la contrainte de traction et obtenir une contrainte nulle en partie supérieure de la section ; l’excentricité e de la force F doit être telle que la section ainsi soumise a la flexion composée avec un moment de précontrainte F.e et le 6M moment extérieur concomitant M qui crée les contraintes , on ait bh ² Sur la fibre inférieure :

Nous avons ici F

b.h

F bh

F .e.h / 2 bh3 /12

F bh

6 F .e bh ²

..(1)

F bh

F .e.h / 2 bh3 /12

F bh

6 F .e bh ²

0 ..(2)

Et sur la fibre supérieure :

L’équation (2) donne F 6 F .e 6.e h où 1 soit e bh bh ² h 6 Cette dernière valeur de e nous permet d’avoir dans l’équation (1) : F bh

Fh bh ²

où

2F bh

Et ainsi la force F s’écrit :

F

bh 2

La force F a appliquer a la section avec l’excentricité e=h/6 correspond au produit de la section par la moitié de la contrainte maximale de flexion σ, calculée sous le moment extérieur M.

6

Les Ponts en Béton Précontraint

2. Définition sommaire de l’action de la précontrainte sur une pièce en béton : Si nous considérons une poutre en béton de section constante et de fibre moyenne rectiligne, simplement appuyée à ses extrémités, uniformément chargée de haut en bas, nous savons que, dans la, partie centrale de la portée, s’exerçant les plus grands moments fléchissants, donc les plus grandes contraintes de traction sur le parement inférieur de la poutre. Si nous décidions d’utiliser la précontrainte, c’est dans la partie inférieure des sections qu’il est logique, donc souhaitable d’excentrer la force F de précontrainte en plaçant en dessous de l’axe neutre des sections, tandis q’au voisinage des appuis, la ou le moment fléchissant diminue et tend vers zéro, il est nécessaire, le plus souvent, de remonter l’armature de précontrainte vers la fibre moyenne, de la conserver dans le noyau central et même de la placer, a l’extrémité, au niveau de cette fibre moyenne puisque le moment fléchissant y est nul.

Prés de l’appui l’armature traverse ainsi obliquement la section formant un angle α (F désigne la force de précontrainte) il en résulte en effort tranchant de précontrainte Fsinα de sens contraire a celui des sollicitations extérieures Ve dans la section considérée et l’effort tranchant total y est ainsi : Ve Fsin En outre, il faut même signaler un gain sur la résistance même du béton au cisaillement grâce à la contrainte de compression développée par la précontrainte. En effet, nous remarquerons que la compression apportée par la précontrainte diminue la valeur des contraintes principales de traction et retarde la fissuration. Nous noterons également que l’effort normal de précontrainte d’une armature, inclinée de α est Fcosα et non F mais en général, l’angle α est assez faible pour que l’on puisse admettre que cet effort normal conserve la valeur F.

7

Les Ponts en Béton Précontraint

En présence de forces extérieures développant des efforts tranchants, l’effort tranchant résultant est la somme algébrique de ces efforts et de ceux engendrés par la précontrainte. Dans une section quel- conque d’un élément où l’effet de la précontrainte F sin α (s’oppose à celui des forces extérieures V, L’effort tranchant réduit Vr, est égal à : Vr = V – F sin α Dans la pratique, la tension d’un câble de précontrainte est calculée pour appliquer au béton un effort tranchant permettant de compenser les forces extérieures et le poids propre de l’élément, ce qui empêche généralement l’apparition des fissures d’effort tranchant que l’on observe dans certaines conditions en béton armé (inclinées à 45° sur l’axe d’une poutre exagérément sollicitée, par exemple. III. Modes de réalisation de la précontrainte : La précontrainte peut être obtenue soit «à l’avance» c'est-à-dire avant la mise en place du béton dans coffrage, soit au contraire après durcissement du béton, au moyen de vérins prenant appui sur celui-ci. Dans le premier cas, il s’agit de précontrainte par pré-tension et dans le second, de précontrainte par post-tension. Cette distinction conduit à des applications très différentes en ce qui concerne la conception que la mise en œuvre.

1.

La précontrainte par fils adhérents ou pré-tension :

C’est le système le plus utilisé pour la réalisation d’éléments préfabriqués entrant notamment dans la composition des planchers de bâtiments. Cette préfabrication réalisée sur le site ou en usine correspond essentiellement a la mise en œuvre d’une précontrainte rectiligne (exceptionnellement de tracé polygonal) réalisée sur un «banc de préfabrication» entre deux butées capables de reprendre l’effort appliquée sur l’armature (fils ou torons). Sur chantier, c’est quelques fois le moule servant au coffrage de la pièce qui reprend directement cet effort. L’armature active est tendue à l’intérieur de la cage d’armatures passives (cadres et étriers, Armatures longitudinales de montage, de peau, de renforts nécessaires à la reprise d’une partie des efforts de traction)

Le bétonnage des pièces se fait après la mise en tension des armatures actives, et, après durcissement du béton, le phénomène d’adhérence de ces armatures est ici différent de celui retenu dans la théorie du béton armé. En effet, la mise en tension, le fil ou le toron tendu se rétrécit, et, lorsque ce fil est relâché ou détendu (alors que le béton a durci) il tend a reprendre sa section initiale (effet poisson) en particulier sur les longueurs ou il n’est pas enserré par du béton (c'est-à-dire en dehors du moule ou entre deux moules servant au coffrage des poutres ou poutrelles sur le banc de précontrainte) ; c’est donc a l’extrémité de la pièce que la contrainte d’adhérence est maximale, puis cette contrainte d’adhérence tend vers zéro après une longueur ls , cette longueur est garantie par le fabriquant d’acier.

8

Les Ponts en Béton Précontraint

Banc de précontrainte

Indépendamment de la longueur de scellement ls , il faut déterminer la longueur d’établissement de la précontrainte le qui est la distance après laquelle la précontrainte se diffuse dans la pièce avec un angle dont la tangente est voisine de 2/3. La longueur d’établissement le est généralement prise égale : le

ls2

h 2p

h p : est la hauteur qui sépare l’armature active du parement supérieur.

Ce n’est qu’après cette longueur le qu’on admet donc que la pièce commence à être précontrainte. Les éléments préfabriqués par pré-tension sont généralement des retombées des poutres utilisées pour construction de ponts de portée modeste (≤ 15 mètres). Dans ce cas d’utilisation, une dalle de béton plus ou moins épaisse, ou hourdis coulé en place, est nécessaire pour la finition tablier du pont.

2.

La précontrainte par post-tension :

Le principe de ce type de précontrainte est, comme nous avons déjà vu, c’est de tendre les armatures en prenant appui sur le béton durci de la pièce à précontraindre. Pendant sa mise en tension l’armature s’allonge, tandis que le béton comprimé présente un léger raccourcissement ; pour permettre le mouvement relatif qui en résulte, il est nécessaire de ménager dans le béton des évidement tubulaires, généralement formés par des gaines métalliques de section circulaire disposées et réglées dans les coffrages avant le bétonnage. Les armature elles mêmes peuvent avoir été enfilées dans les gaines avant coulage du béton ou, au contraire, si le procédé d’ancrage le permet, être enfilées après durcissement du béton. La première solution peut faire naître un danger de corrosion des aciers si le délai prévu pour la mise en tension et l’injection des armatures gainées est trop long. Quant à l’enfilage des armatures, il est applicable que si le tracé des gaines n’est ni trop sinueux, ni trop long. C’est après mise en tension et fixation de

9

Les Ponts en Béton Précontraint l’ancrage de l’armature au béton que la gaine, dans laquelle elle pouvait coulisser, est remplie complètement au moyen d’une injection au coulis de ciment. Le rôle de cette injection est double : tout d’abord protéger l’acier vis-à-vis de la corrosion, et ensuite, solidariser l’armature au béton. Certes la post-contrainte est la plus utilisée pour la réalisation des ponts et les ouvrages d’art en général, mais aussi les grands réservoirs, les centrales nucléaires, les plates formes pétrolières, et dans certains bâtiments de grande hauteur.

Toron

Vue d'un ensemble de torons gainés graissés regroupés dans une gaine PVC 3.

Précontrainte par vérin :

Les deux techniques précédentes utilisent des torons ou des fils d’acier à haute limite élastique. Il est possible, lorsque l’on peut disposer de culées suffisamment résistantes, d’effectuer directement la mise en compression d’une structure en béton au moyen de vérins prenant appui sur ces culées. C’est encore Freyssinet qui, le premier, a mis en œuvre ce mode de précontrainte au moyen de vérins plats, outils extrêmement puissants, d’un faible coût. Ce procédé, par la nécessité des culées qu’il impose, n’a que des applications limitées. Il a cependant été utilisé pour la construction de pistes d’aviation ou de routes. Il a, en particulier, permis la réalisation de la chaussée du tunnel sous le Mont Blanc. La précontrainte par vérins plats est aussi utilisée dans les barrages.

10

Les Ponts en Béton Précontraint

Câbles de précontrainte

Mise en tension des câbles

IV. Les Ancrages : 1. L’ancrage actif en post tension : La tête d’ancrage est souvent une pièce cylindrique massive, percée de trous coniques ; cette tête est en acier au carbone, obtenue par fonderie. En partie haute un trou permet l’injection de coulis tandis que les trous coniques concentrés dans la partie centrale permettent l’introduction des torons et des mors, en acier allié, qui sont formés de trois pièces et qui maintiennent les torons par coincement. Derrière la plaque d’ancrage une pièce métallique, souvent appelée «trompette» permet l’épanouissement des torons avant leur pénétration dans la tête d’ancrage. Un sérieux frettage hélicoïdal entoure la trompette et complète l’ancrage.

11

Les Ponts en Béton Précontraint 2. Les ancrages fixes ou ancrages morts en post-tension : Ils sont à l’extrémité où les câbles ne sont pas tendus par un vérin, à cette extrémité.

Ils sont constitués par l’épanouissement sur une longueur L (fonction de la puissance du câble et des qualités d’adhérence des torons). Le tube évent permet une injection correcte du coulis.

3. Les ancrages en pré-tension : Les forces de précontrainte en pré-tension correspondent a des unités de précontrainte inférieurs a celles utilisées en post-tension. Les armatures actives utilises sont des fils de 4.5 ou 6 mm ou bien des toron a 3 ou 7 fils ; pour des unités plus importante, on conçoit aisément que la longueur de scellement soit supérieure d’ou une plus grande longueur a l’extrémité de la pièce pour l’établissement de la précontrainte. Ainsi pour les petites unités, le plus généralement utilisées, les ancrages sont constitués de cylindres en acier de 4 a 5cm de diamètre et de longueur équivalente ménageant un trou tronconique variant sensiblement de 20 ou 25mm a une extrémité et de 12 ou 15mm a l’autre extrémité ; ces trous permettent le passage du fil ou toron et son coincement par 2 ou 3 clavettes du même type que celles utilisées a l’ancrage actif en post-tension. A l’extrémité du banc une butée métallique ou en béton permet l’appui des cylindres. A la fin de l’opération de mise en tension, le personnel travaillant a cette derrière la butée d’ancrage car la rupture éventuelle d’une armature tendue (et libre puisque, a l’inverse de la post-tension, il n’y a, dans cette première phase, ni gaine, ni béton, pouvant créer un amortissement) libère une énergie correspondant a la force, introduite dans l’armature par le vérin, et peut créer un accident mortel (c’est un véritable projectile). Après le durcissement du béton sur le banc de préfabrication les fils ou torons sont découpés, sur la petite partie encore libre de leur longueur, entre l’extrémité des éléments et la butée. Signalons que fréquemment dans la pré-tension, l’excentricité constante, due a la précontrainte rectiligne de la totalité des armatures, provoque des contraintes de traction a l’about des pièces sur le parement opposé a celui même ou se situent les

12

Les Ponts en Béton Précontraint armatures actives car a l’about il n’existe aucun moment fléchissant autre que celui du poids extérieur de poids propre. On est tenu dans ce cas, de gainer, donc d’annuler la force précontrainte d’un certain nombre de fils ou torons sur une longueur suffisante qui, ajoutée a la longueur d’établissement, correspond a une zone de la poutre ou le moment de poids propre peut équilibrer les contraintes de traction sur le parement considéré.

V. La précontrainte extérieure : Appliqué actuellement aux ponts, la précontrainte extérieure avait connu plusieurs réalisations importantes, dès avant la deuxième guerre mondiale en Europe (Allemagne, Belgique, France). Il s’agissait le plus souvent de fils tendus suivant un tracé en trapèze, la déviation angulaire étant obtenu par appui des fils dur des diaphragmes en béton. L’expérience fut faite aussi sur des poutres de couvertures de grande portée pour des bâtiments commerciaux ou industriels notamment. Bien que le principe fut très séduisant, ces expériences restèrent sans lendemain en raison de plusieurs incidents dus a la corrosion des câbles et la faible protection contre le l’incendie. C’est ainsi qu’à la fin années 60 et pendant toute la décennie suivante de nombreux ouvrages connurent des désordres importants. Dans les ouvrages d’art les principales raisons de ces désordres sont :  La non prise en compte dans les calculs des gradients thermiques.  La sous estimation des pertes de précontraintes par frottement, relaxation, fluage et retrait.  La méconnaissance des phénomènes de redistribution des efforts engendrant une augmentation des moments en travée et une diminution des moments sur appuis.  Le manque de soins et de connaissances permettant de faire une injection sûre pour la protection des câbles.

13

Les Ponts en Béton Précontraint Le renforcement de ces ouvrages par la précontrainte additionnelle ne pouvait être fait que par une précontrainte extérieure au béton ; d’où la nécessité de perfectionner non seulement le système mais aussi les moyens de protection. De ce fait dans les années 80, en France d’abord, puis dans de nombreux autres pays, plusieurs grands ouvrages durent réalisés avec des câbles extérieurs au béton. L’utilisation de la précontrainte extérieure se prête bien a la précontrainte partielle puisque, en flexion la structure peut être considérée comme étant en béton armé, soumise a l’effort normal extérieur de compression. Il faut cependant préciser que le résistance ultime d’une structure, munie de câbles extérieurs, doit être justifiée par des règles partuculieres, en général, plus défavorables dans la mesure où la section se rompt par insuffisance de l’acier et non par écrasement du béton ; le pourcentage d’acier passif dans la poutre doit être relativement important car comme pour les torons spéciaux gainés et graissés, c'est-à-dire en considérant que les armatures ne sont pas parfaitement adhérentes au béton. Leur surtension ne doit pas excéder 100 à 150 MPa au maximum, en outre, il faut s’assurer, au préalable, de la très bonne tenue des ancrages. Les torons utilisés sont des torons normaux, quelquefois galvanisés ce qui permet une meilleure protection a la corrosion, les conduits sont de 0.6 MPa ; ils sont plus étanches que les gaines habituelles en feuillard, leur épaisseur correspond au 1/50 de leur diamètre ou 1.5 mm au minimum.

VI. Les Ponts En Béton précontraint : Les premiers ponts en béton précontraint remontent à l’année 1936 avec quelques ponts de service réalisés pour les travaux d’Oued-Fodda, ensuite un pont-route à Oelde, en Westphalie, construit en 1938 avec le brevet de Freyssinet (portée 33 m – précontrainte par barres adhérentes pré-tendues), un pont-dalle a Longroy et un autre a Elbeuf-sur-Andelle, en Normandie, en 1941 (portée : 20 et 10 m – premiers ouvrages précontraints par câbles de 12 d 5). Les travaux du premier grand pont, celui de Luzancy, furent interrompus en 1941 par un incident de chantier et ne purent pas être repris pendant l’occupation. 1. Les ponts en béton précontraint de la période 1945-1960 : C’est donc seulement après la fin de la deuxième guerre mondiale qu’on vit apparaître et se développer les premiers grands ponts en béton précontraint. Pour appliquer une technique aussi originale et audacieuse, ne disposant ni de références ni de prescriptions réglementaires, il fallait des conditions spéciales qui étaient alors réunies : en premier lieu, la personnalité de Freyssinet dont la valeur technique s’imposait a tous, puis la pénurie d’acier et de ciment qui obligeait a économiser la matière au maximum alors que les besoins étaient immenses et urgents, enfin et peut être surtout, l’atmosphère de liberté et la volonté de nouveauté qui a marqué cette période après celle de l’occupation. a) Les premières réalisations : La première réalisation marquante a été le pont de Luzancy, commencé en 1941, repris en 1945 et terminé en 1946. C’est un ouvrage à béquilles et poutres parallèles rapprochées en béton précontraint. Pour la mise en place de ces poutres, Freyssinet avait imaginé un nouveau système de blondin, doté d’un tambour en béton armé en forme d’hyperboloïde, qui permettait de faire varier la longueur du câble sans fin du transporteur, de manière a assurer une transition quasi horizontale des poutres et a obtenir une très grande précision. Puis Freyssinet fut chargé, toujours sur la marne (France), de la reconstruction de cinq ponts suivant des projets pratiquement identiques (Esbly, Annet, Trilbarbou, Changis,

14

Les Ponts en Béton Précontraint Ussy). Ce sont tous des ouvrages a béquilles obliques, avec des articulations au pied des béquilles, construits de 1947 a 1950, leur portée est de 74 m.

Leurs tabliers comportent, comme a luzancy, des poutres parallèles rapprochées construits a partir de voussoirs, c'est-à-dire de tronçons de 2 m de longueur environ reliées deux a deux pour assurer leur stabilité pendant les manutentions. Tous les éléments étaient ensuite transportés par péniches en trois tronçons (le tablier comportant six poutres) et levés verticalement en trois phases : d’abord la béquille, elle-même préfabriquée avec un voussoir, mise en place et retenue par des câbles ancrés dans la culée ; puis un élément de cinq voussoirs assemblés par précontrainte, placé en encorbellement et ancré dans le précèdent par précontrainte ; enfin un élément de dix voussoirs assemblés par précontrainte. Les opérations étaient effectuées symétriquement et lorsque les deux tronçons de dix voussoirs symétriques par rapport a la clé étaient en place, les joints étaient matés, l’effort de suspension était réduit pour mettre l’arc en compression, et après durcissement des matage, la précontrainte définitive était mise en œuvre et l’effort exercé par le dispositif de levage était relâché. Il s’agissait donc déjà d’une construction en encorbellement avec préfabrication. Pour l’ancrage des câbles, Freyssinet avait adopté le système des cônes male et femelle qu’il avait inventé en 1939 et qui est encore utilisé aujourd’hui. b) Les travées indépendantes : Pour des portées moins grandes que celles des ponts sur la marne, il était possible d’utiliser de simples travées indépendantes. Dès 1944, une passerelle a piétons était construite a bully-grenay au moyen de poutres de 32 m de portée, précontrainte chacune par vingt câbles de 12d 5. Le premier pont-route a poutres précontraintes de ce type est celui de Bourg-d’Oisans, de 42 m de portée qui date de 1946 et qui est toujours en service. Quelques mois plus tard, en 1947, a été réalisé le pont d’Hermillon sur l’arc, à St Jean de Maurienne. Il comportait dix poutres sous chaussée de 51,40 m de portée. Les gaines étaient constituées de papier Kraft bitumé dont l’injection n’a pas pu se faire convenablement et, a cause des frottements qui se sont produits, la force de précontrainte prévue n’a pas pu être atteinte. Il en est résulté des fissures de flexion qui ont entraîné, au bout de 25 ans, la mise hors service du pont. Par la suite, la technologie des gaines, de la mise en précontrainte et de l’injection s’est progressivement améliorée et les autres ponts de cette époque sont encore pour la plupart en bon état.

15

Les Ponts en Béton Précontraint

Au cours des années suivantes, d’autres ponts a poutres précontraintes ont été construits en Savoie et dans l’Isère, et plusieurs autres dans le nord, parmi lesquels le pont de Saint-Waast, a valenciennes (65 m) et le pont de l’hippodrome, a Lille (68 m – 1951) dont la portée n’a pas été dépassée dans les ponts de ce genre. En effet, les premiers constructeurs se sont tous orientés vers la préfabrication des poutres, et il est vite apparu que le prix de la mise en place de ces poutres augmentait nettement plus vite que leur portée, si bien qu’il y avait grand intérêt a ne pas dépasser une cinquantaine de mètres, et, si c’était possible, lorsqu’il s’agissait d’une suite de travées indépendantes, a limiter la portée des travées a une trentaine de mètres. La préfabrication se faisait soit par coulage d’une poutre entière, soit, plus rarement, par coulage de voussoirs, c'est-à-dire d’éléments de petite longueur, qui était ensuite assemblés par la précontrainte après durcissement pour former la poutre (suivant la technique utilisée pour les ponts sur la marne). La mise en place se faisait de différentes manières : ou bien on faisait appel a des engins flottants ou terrestres pour transporter les poutres préfabriquées, ou bien on les fabriquait soit sur le sol en les montant par levage, soit au niveau du tablier en les déplaçant par ripage, ou bien on utilisait une poutre de lancement, qui transportait et posait les poutres en roulant sur la partie du pont déjà construite.

Dans les ponts de cette première génération, les poutres étaient posées a coté les unes des autres et seul un intervalle longitudinal d’une dizaine de centimètres restait à bétonner. Les poutres, dont l’entraxe ne dépassait guère 1,10 m et 1,20 m étaient donc relativement nombreuses et les âmes étaient surabondantes malgré leur épaisseur très réduite (de l’ordre de 12 cm). Pour assembler les poutres entre elles, le tablier était précontraint transversalement. D’assez nombreux ponts a poutres ont été construits dans les années 50 ; on les trouve surtout dans certaines régions ou les ingénieurs étaient passionnés par la nouvelle technique, et dans des ouvrages de grande envergure, tels le pont du galion, a Rio de Janeiro en Brésil (15 travées de 19 a 43 m), le pont sur le Wouri, a douala en Cameroun (23 travées de 45 m), les tabliers des viaducs de l’autoroute de Caracas (Venezuela), le premier pont d’Abidjan (cote d’ivoire), pont –route et rail (8 travées de 46,50 m en caisson), l’appontement de Brest (poutres de 63 m), etc.…

16

Les Ponts en Béton Précontraint L’année 1956 a été marquée par deux réalisations spectaculaires : Le pont sur le lac de Pontchartrain, aux Etats– Unis, composé de 2232 travées de 17 m de portée. La longueur totale de ce pont qui reste le plus long pont du monde, atteint ainsi 38 Km. Chacune des travées, de 10 m de largeur, a été entièrement préfabriquée et mise en place par engins flottants. Le tablier, à sept nervures, était précontraint par torons adhérents de 9,6 mm ;

Le viaduc d’accès au pont de Tancarville, qui comporte huit travées de 50 m de portée, dont le tablier est constitué de cinq poutres préfabriquées précontraintes. L’espacement de ces poutres est beaucoup plus grand qu’auparavant, puisqu’il atteint 3,45 m d’axe en axe. Ceci nécessitait le coulage en place d’une bande de béton de raccordement de 2,25 m entre les ailes des poutres préfabriquées : il est apparu que cet inconvénient était largement compensé par les avantages dus a la réduction du nombre de poutres

17

Les Ponts en Béton Précontraint Par la suite, la technique utilisée a Tancarville a été reprise pour tous les ponts a poutres indépendantes qui ont été construits un peu partout, par exemple :     

Pont sur le canal st martin, a paris : 4 travées de 35 m ; Pont de Lattre de Tassigny, a Lyon : 3 travées de 52 m ; Viaduc d’Arcueil (autoroute du sud de paris) : 6 travées de 36 m ; Pont Champlain, sur le st Laurent, a Montréal : 40 travées de 54 m et 12 travées de 38 m ; Pont sur l’oued-Souss, près d’Agadir : 3 travées de 40,70 m, 1960

c) La construction en encorbellement : Alors que les constructeurs français avaient surtout utilisé et développé la technique des poutres isostatiques préfabriquées, dont les portées limitées a une cinquantaine de mètres étaient bien adaptées a la plus part des franchissement, les constructeurs allemands, ayant a prévoir des portées nettement plus grandes, avaient mis au point une technique nouvelle de construction en encorbellement.

(Figure a coté d’un pont en encorbellement en construction).

Dans les premières réalisations du Dr Finsterwalder, a Balduinstein et a Neckarrems, en 1950, cette méthode consistait a couler sur place un voussoir de quelques mètres de longueur, encastré dans une culée massive et formant l’amorce du tablier ; ce voussoir était mis en précontrainte dès que la résistance du béton le permettait, l’équipage mobile portant le coffrage était alors déplacé, un deuxième voussoir était coulé a la suite du premier, mis en précontrainte, et ainsi de suite. Les deux tronçons de tablier avançaient en encorbellement pour se rejoindre au milieu de la brèche à franchir. En 1952 et 1953, cette méthode de construction était appliquée aux ponts de Worms (portée principale 114 m) et de Coblence 101 , 114 et 123 m) qui comportaient des piles intermédiaires. Les consoles étaient alors construite symétriquement de part et d’autre des piles, ce qui permettait d’équilibrer les moments de renversement l’un par l’autre, c'est-àdire de la façon la plus simple et la moins coûteuse. Les avantages de ce type de construction, qui permet de construire des ouvrages de grande portée en supprimant tous les inconvénients du cintre, sont alors apparus avec évidence.

18

Les Ponts en Béton Précontraint L’idée de la construction en encorbellement n’était pas nouvelle : on la trouve dans les ponts primitifs en bois et dans les fausses voûtes en pierre ; elle a été largement utilisée au XIXeme siècle pour la construction des ponts métallique, et la méthode avait été déjà employée dans quelques ponts en béton armé (en 1930, par Baumgart, au pont de Herval, au brésil, puis par Lossier, au pont sur l’Oued Sebou, au Maroc, et par Caquot, en 1947 aux ponts de Bezons et de Donzère). La précontrainte permettait de résoudre facilement et efficacement les problèmes posés par ce mode de construction, grâce a la suppression des efforts de traction dans les consoles, et la nouvelle méthode s’est rapidement développée. Les premiers ponts français construits en encorbellement au moyen d’un équipage mobile portée par la console en construction ont été conçus par Courbon et exécutés par la société des Grands Travaux de Marseille. Ce sont, dans l’ordre : le pont de Chazey (41, 57 et 41 m, construit en encorbellement a partir des piles, en 1957), le pont de Libourne (une seule travée de 55 m construite a partir des culées), le pont de Beaucaire (cinq travées de 86 m ), le pont de Folelli (une seule travée de 62 m), puis les ponts nécessités par la création du barrage de Serre-Ponçon : Savines (onze travées de 77 m et deux travées de rive de 69, 34,50 m – 1960).

(Pont de savines)

Tous ces ponts comportent, au milieu des tracées intermédiaires, une articulation centrale ne transmettant que les forces verticales. Grâce a cette articulation sans poussée, ils sont isostatiques sous charge permanente ; il n’a pas de réaction hyperstatique due à la précontrainte ; les piles sont encastrées dans le tablier qui est librement dilatable. Il en résulte que leur calcul est relativement facile et que le tracé des câbles et les opérations de mise en précontrainte sont simples. Les ponts à une seule travée sont encastrés de consoles symétriques par rapport a chaque pile ; les travées de rive sont simplement appuyées sur les culées. En coupe transversale, ils comportent soit un caisson, soit deux caissons parallèles, suivant la largueur du tablier.

19

Les Ponts en Béton Précontraint d) Autres types d’ouvrages : Au cours de cette même période, plusieurs autres types d’ouvrages ont été construits, en nombre plus limité : Des dalles pleines continues comme celles du pont de paris, a Beauvais (1950), dont les portées vont de 25 a 33,50 m, ou celles de l’autoroute de Marseille, avec des portées de 15 a 20 m (1959) ; Des dalles nervurées, comme des ponts pour avions de l’aéroport d’Orly, à deux travées continues (24 et 17 m, 1958) ; Des poutres continues coules sur cintre, comme celles du pont n°10 d’Orly (39, 53, 39 m, 1958) dont l’aspect architectural a té particulièrement soigné compte tenu de son emplacement, ou celles du pont de la porte de Vitry, a paris (34, 45, 34 m, 1960) ; Des bow-strings : la Marionnette (41,50 m, 1954) dont le tablier formant tirant est précontraint, de même que celui du pont de la Raterie (65 m, 1957) ; Des ponts a béquilles obliques, comme le pont rail de la Voulte (5 portiques de 60 m de portées) ; Un cantilever, le pont de Villeneuve-saint-georges (41, 73, 41 m, 1951) dont la travée centrale comporte une travée indépendante de 39 m. Ce pont est post-contraint par câbles de pont suspendu visitables et réglables a l’intérieur du tablier ; Des arcs a trois articulations, construits en encorbellement grâce a un appui provisoire sur culée empêchant le basculement avant la jonction des deux demi arcs : Ponte-Nuovo 75 m, 1958), la Grande-Côte (101 m, 1960), Avignon (deux arcs de 74 m, 1960).

e) Les systèmes de précontrainte : En même temps que de multipliaient les réalisations utilisant le système Freyssinet, d’autres systèmes de précontrainte faisaient leur apparition, différent entre eux essentiellement par la constitution et pas les dispositifs d’ancrage des câbles. En France, ces systèmes comportent tous des câbles souples, a fils parallèles ou toronnés : systèmes Coignet, système B.B.R.B, dérivé du système suisse B.B.R.V. et mis au point par l’entreprise Boussiron. En Allemagne, on employait plus généralement la précontrainte par barres. Déjà le pont d’Aue, construit en 1937 sur un projet de Dischinger (cantilever de portée centrale 69 m) comportait des barres d’acier St52 de diamètre d 70 mm tendues a 215 MPa, placées dans les tablier, a l’extérieur du béton. Le pont d’Oelde, construit en 1938, suivant les idées de Freyssinet, était précontraint par pré-tension au moyen de barres de d 14 mm à haute limite d’élasticité tendu à 540 MPa. Freyssinet avait déjà employé cette méthode à la passerelle du barrage des portes de Fer, sur l’Oued Fodda, en 1936. Mais dès 1939, il s’était orienté vers les câbles souples, qui autorisaient beaucoup plus de liberté dans les tracés que les barres nécessairement rectilignes. Au contraire, Dischinger et Finsterwalder poursuivaient la mise au point du système par barres, qui est devenu le système Dywidag et s’est largement répandu en Allemagne. Bien d’autres systèmes ont été inventés en Allemagne (Baur-Leonhardt, etc.), en Belgique (Magnel), en Suisse (B.B.R.V.), en Italie (Morandi), en Grande-Bretagne (C.C.l.), en U.R.S.S., etc.

20

Les Ponts en Béton Précontraint

2.

L’évolution depuis 1960 et la situation actuelle :

a) L’extension rapide du béton précontraint : Dans les années 1960, le béton précontraint a pris une extension rapide dans les ponts. Alors qu’on peut estimer que dans la période antérieure 15% environ des ponts étaient construits en béton précontraint, cette proportion s’est a peu près inversée en quelques années. C’est maintenant 85% sinon plus, des nouveaux ponts, tout au moins pour les moyennes et les grandes portées, qui sont en béton précontraint. Cet essor fulgurant tient a plusieurs causes : les développement des programmes autoroutiers, qui a nécessité de très nombreux ponts. Il en est résulté que les solutions en béton précontraint, qui étaient considérées auparavant comme un peu aventureuses, sont devenues courantes et tout a fait concurrentielles. Par la suite, les progrès faits dans les dispositions constructives et dans les méthodes d’exécution ont permis de diminuer les prix de revient, au point que pendant quelques années ou l’inflation a été modérée, le prix des ponts a baissé. L’évolution s’est poursuivie vers un nombre relativement restreint de types d’ouvrages avec quelques variantes. b) Les ponts-dalles : Les ponts-dalles, relativement peu nombreux jusqu'à la, se sont très rapidement multipliés a partir de la parution du premier dossier-pilote PS-BP, en 1961 ; il s’en construit plusieurs centaines tous les ans, et c’est maintenant le type d’ouvrage le plus répandu. Ce pont-type, dénommé depuis 1966 PSI-DP (passage supérieur ou inférieur en dalle précontrainte) est formé d’une simple dalle pleine continue d’épaisseur constante, a section rectangulaire ou a petits encorbellement. Le programme informatique actuel peut calculer tout ouvrage de largeur et de biais modérés, ayant de deux à six travées continues. En pratique, pour des raisons économiques, la portée «déterminante» ne doit pas dépasser 23 m. Le passage supérieur le plus courant, au-dessus des autoroutes, comporte quatre travées, avec une pile sur le terre-plein central ; les travées centrales franchissent les chaussées de l’autoroute et les travées de rive, appuyées sur des piles-culées enterrées, surplombent les talus. Les dalles précontraintes s’emploient aussi dans certains cas en travées indépendantes, lorsque la portée est faible. Si le pont est droit, l’utilisation de l’ordinateur serait hors de proportion avec le problème à résoudre ; la dalle en béton armé est d’ailleurs normalement plus économique pour les travées uniques. Si le franchissement est biais, à condition qu’il soit limité à 30 grades, on peut faire appel au programme de calcul MRB (méthode des réflexions biharmoniques). C’est notamment les cas des « sauts de mouton » où le pont a une forme de losange.

21

Les Ponts en Béton Précontraint

(Pont dalle)

Dans un pont continu, lorsque la portée déterminante dépasse une vingtaine de mètres, il est nécessaire de diminuer le poids propre de la dalle. Pour cela, on emploie : o Soit des dalles à grands encorbellements, ou dalles nervurées, si la largeur n’est pas trop grande. o Soit la dalle élégie, comportant des vides intérieurs, ou élégissements, de forme cylindrique, ou de préférence heptagonale irrégulière. On peut atteindre ainsi des portées d’une quarantaine de mètres, a condition de donner a la dalle une hauteur variable (a partir de 25 m de portée environ). Ce type d’ouvrage est quelquefois comme passage supérieur d’autoroute, notamment quand on veut supprimer l’appui sur le terre-plein central (pour des raisons géométriques – terre -plein central trop étroit – ou esthétique – tablier a plus de 8 m au-dessus de l’autoroute), ou inversement si l’on veut maintenir l’appui central et supprimer les appuis latéraux, par exemple pour faire passer des bretelles d’accès et de sortie. Les PS-DE ont ainsi en général trois ou deux travées. Les dalles sont presque toujours simplement appuyées sur les piles. Dans des cas particuliers, les piles ont été encastrées dans la dalle. Ceci permet de réduire les dimensions des piles et donc l’encorbellement sous le pont, mais les sujétions de calcul et d’exécution qui en résultent ne permettent pas la généralisation du système. c) Les ponts a poutres indépendantes : Souvent utilisés depuis 1947, se sont largement développés. Quelquefois le pont comporte une seule travée, le plus souvent il est constitué d’une suite de travées indépendantes (lorsque ces travées sont nombreuses, il prend le nom de viaduc), a poutres presque toujours préfabriquées. En coupe transversale, ces travées sont constituées de poutres parallèles dont l’espacement peut varier de 2,5 m à 3,5 m. Les semelles supérieures des poutres préfabriquées sont reliées par bandes de béton coulé en place. La dalle supérieure peut être précontrainte dans le sens transversal ou fonctionner en béton armé, suivant la largeur du pont. Plus le pont est large, et plus il y a avantage à la précontraindre transversalement. Théoriquement, la poutre précontrainte peut être employée dans une gamme de portées très étendue. Pratiquement, il est plus avantageux d’utiliser des dalles pour les petites portées, inférieures à une vingtaine de mètres. Pour la construction très onéreuse, qu’elle soit

22

Les Ponts en Béton Précontraint préfabriquée ou coulée sur cintre. Dans quelques cas particuliers, la portée de 50 m a encore été dépassée après 1960. De très nombreux ponts et viaducs constitués d’une suite de travées indépendantes de ce genre ont été construits, surtout à partir de 1964. Les projets de ce genre de ponts ont été facilités a partir de 1965 par l’emploi du calcul informatique, notamment à l’époque grâce au programme VIP, établi par le service central d’Etudes Techniques, ce programme a été très souvent utilisé depuis 1967. Il a été complété en 1970 par une séquence facultative de dessin automatique qui fournit le coffrage et le câblage des poutres calculées. Les avantages de ce type de pont – économie, simplicité et rapidité de construction – sont tels qu’il a été pratiquement seul utilisé pour les portées moyennes, ou il s’est entièrement substitué aux types antérieurs de ponts en béton armé. Cependant, tout en étant encore très employé, il est moins systématiquement adopté depuis quelques années, pour diverses raisons :  La préfabrication n’est économiquement intéressante que s’il y a assez grand nombre de poutres à fabriquer, de l’ordre d’une quarantaine au moins. Elle nécessite en effet des installations et des engins spéciaux qui supposent un volume assez important de travaux. Pour les ouvrages moyens (sauf s’ils font partie d’un ensemble de plusieurs ponts), il peut donc y avoir intérêt a couler le tablier en place, d’autant plus qu’il est toujours nécessaire, même avec les poutres préfabriquées, de couler une partie du tablier en place et que cela implique des complications pour les raccordements (mais la préfabrication est évidement a employer, même pour un petit nombre de poutres, lorsqu’il n’est pas possible ou trop coûteux de construire autrement ;  Grâce au progrès faits dans la construction en encorbellement, il est apparu qu’un pont à grandes travées construites en encorbellement pouvait souvent être moins coûteux qu’une suite de travées indépendantes de 30 m ;  Le problème des entretoises dans les travées indépendantes a poutres parallèles n’a pas reçu de solution très satisfaisante. En effet, lorsque les entretoises sont précontraintes, il est nécessaire de prévoir des abouts d’entretoises à l’extérieur des poutres latérales, pour y loger les dispositifs d’ancrage des câbles. Il en résulte un aspect désagréable pour le pont ; on a donc cherché à supprimer ces abouts. On peut le faire avec des entretoises en béton armé ; mais il faut alors laisser des fers en attentes pour la jonction des entretoises et des poutres, et ceci complique beaucoup la préfabrication et le montage. Une autre solution consiste à supprimer les entretoises. Mais il faut alors concevoir et calculer le tablier en conséquence, puisque les efforts ne se répartissent plus de la même manière.  Le principal inconvénient des suites de travées indépendantes provient de la présence d’un joint de chaussée au dessus de chaque appui. Dans une première période, les joints eux-mêmes se sont révélés inadaptés à un trafic devenu beaucoup plus intense et agressif. Il a fallu les remplacer en grand nombre par de nouveaux types de joints dont la technologie s’est progressivement améliorée. Mais ces équipements sont coûteux, et ces joints restent des points faibles, par où l’eau peut s’infiltrer ; surtout, ils provoquent, malgré les précautions prises, des chocs préjudiciables au confort des automobilistes et à la durabilité du pont, d’autant plus que sous l’effet du fluage, les travées adjacentes prennent un bombement qui se traduit par un point anguleux au droit du joint.

23

Les Ponts en Béton Précontraint La manière la plus sure de résoudre ces problèmes est certainement de faire appel à des travées continues plutôt qu’à des suites de travées indépendantes. Malgré cela les travées indépendantes a poutres préfabriquées restent couramment utilisées, dans les nombreux cas ou les autres solutions s’avèrent impossibles ou trop onéreuses. La plus parts des ponts jusqu’ici ont étaient réalisés par post-tension mais il y aussi par pré-tension, les poutres précontraintes par adhérence. Dans ce procédé, comme on l’a vu, utilise les fils ou torons à haute résistance sui sont tendus avant coulage du béton, en prenant appui sur des organes extérieurs. Après durcissement du béton, on reporte les efforts de tension sur la poutre en désolidarisant les fils des organes d’ancrage extérieurs. La précontrainte est réalisée par les efforts d’adhérence exerces sur le béton par les armatures qui tendent a se raccourcir. Cette méthode a été souvent employée dans les ponts de première génération mais elle a été abandonnée au profit de la post-contrainte, parce qu’elle ne permet pas d’atteindre de grandes portées et surtout parce qu’elle nécessite une installation de préfabrication fixe (car une installation sur le site ne peut être envisagée que dans des cas très particuliers). Mais elle s’est poursuivie par ailleurs et plusieurs usines ont été crées pour la préfabrication de poutres précontraintes destinées a d’autres usages (couvertures industrielles, planchers a parcs de stationnement, etc.). Les dimensions de ces poutres sont variables suivant la portée et la largeur du pont ; d’une manière générale, leur hauteur (de 0,60 m à 1,20 m) est plus faible que celles de poutres type, de même que leur espacement (qui est de l’ordre de 0,80 m). Leur élancement est d’environ 1/22. Elles sont généralement préfabriquées sans amorce de hourdis intercalaire ; celui-ci est donc coulé sur place sur toute la largeur du pont, au dessus des poutres qui doivent être munies d’armatures en attente. Ce hourdis est coulé sur des coffrages perdus, soit en béton armé. La dalle en béton armé servant de coffrage, dites prédalles participantes, ne peuvent être prises effectivement en compte dans la résistance du tablier que si la continuité de leurs armatures est assurée dans les deux directions, ce qui augmente les difficultés d’exécution et donc le prix de l’ouvrage. Dans le sens longitudinal, les méthodes envisagées pour réaliser une continuité mécanique entre travées successives au moyen d’un chevêtre en béton armé posent des problèmes de conception et de calcul qui n’ont pas encore reçu de solution entièrement satisfaisante. Pour éviter les joints, il est possible, comme dans le cas du V.I.P.P., de réaliser la continuité de la chaussée seulement par le houdis. Mais ce n’est pas une solution excellente et mieux vaut recourir à un tablier continu s’il peut être construit sur cintre. Le domaine préférentiel d’emploi des poutres précontraintes par adhérence est donc celui des ponts à une seule travée, d’une portée de 8 a 25 m, a condition qu’il existe une usine de préfabrication pas trop éloignée su chantier. d) Les ponts a poutres continues : Les poutres continues sont préférables aux suites de travées indépendantes, non seulement a cause de la suppression des inconvénients dus aux joints (inconfort, risques de dégradations, pénétration d’eau, etc.), mais aussi parce que leur résistance a la rupture est plus grande. Mais elles sont plus chères, du fait des sujétions d’exécution, et elles ont été moins souvent employées. Lorsqu’on peut les couler en place sur un cintre appuyé sur le sol, elles peuvent être plus économique que les poutres préfabriquées. Pour cela, il faut que la longueur totale

24

Les Ponts en Béton Précontraint du pont ne soit pas trop grande, que le tablier ne soit pas trop élevé au-dessus du sol, qu’on puisse appuyer convenablement le cintre et que la présence du cintre ne soit pas gênante. Contrairement aux poutres préfabriquées qui doivent toujours être légères, on peut alors adopter des formes plus massives pour les poutres, ce qui procure une économie de coffrage, en même temps qu’une meilleure résistance a la rupture et certainement une meilleure durabilité. Si la largeur des poutres est assez grande par rapport a leur hauteur, ces ponts peuvent aussi être considérés comme des dalles nervurées. Lorsque la portée est grande, on peut substituer aux poutres pleines des poutrescaissons ; mais les caissons sont plus difficiles a coffrer, et donc plus coûteux, que les poutres ou les nervures ; on ne les emploie donc que dans des cas particuliers, notamment lorsque le tracé est courbe, pour résister aux efforts de torsion. Lorsqu’on ne peut pas envisager de cintre appuyé sur le sol, d’autres méthodes ont été employées pour la construction de ponts a poutres continues : les cintres autolanceurs, qui comportent une structure métallique porteuse et un avant-bec. La structure métallique est appuyée sur l’extrémité du tablier déjà exécuté et sur une pile ou une culée ; elle porte le coffrage dans lequel est coulé le tablier en béton jusqu'à un point situé au-delà la pile (point du moment nul). Lorsque le béton a durci et été mis en précontrainte, le cintre est déplacé, au moyen de vérins et en utilisant l’avant-bec, pour passer a la travée suivante et ainsi de suite. Les dispositions des cintres autolanceurs peuvent être très variées. On distingue les cintres « par en-dessus » qui portent les coffrages au moyen de suspentes, et les cintres « par en-dessous » dans lesquels les coffrages sont appuyés sur les éléments porteurs. Le tablier a construire peut être soit en caissons, soit a poutres ou en dalle nervurée.

Cintre autolanceur par dessous

Le poussage, méthode inaugurée en France par la construction de l’aqueduc de l’Abou, en 1968, qui consiste a lancer le pont en le poussant progressivement au dessus de la brèche a franchir, le tablier étant construit sur les bord de cette brèche au fur et a mesure de l’avancement de son extrémité. Deux méthodes sont

25

Les Ponts en Béton Précontraint employées : ou bien le tablier est poussé d’un seul coté, ou bien les demi-tabliers, fabriqués des deux cotés, sont poussés et se rejoignent au milieu de la brèche. Le déplacement est obtenu au moyen de vérins, le tablier étant appuyé sur des plaques de téflon (matière dérivée du plastique et du fluor et qui résiste a des températures très élevées et a la corrosion aussi) afin de diminuer au maximum les frottements. Quand la portée à franchir entre deux piles est assez grande, il est nécessaire de prévoir un avant-bec et quelquefois un haubanage provisoire pour limiter la flèche de la partie en porte-à-faux. Le tablier peut être en caissons ou en dalles nervurées. Il faut évidement que l’intrados soit plan et que le tracé en plan soit rectiligne ou circulaire, ou en hélice circulaire. Bien entendu, les efforts pendant toutes les phases du poussage doivent être calculés et contrôlés et le tablier doit être éventuellement renforcé en conséquence.

e) Les ponts construits par encorbellement successifs : Ce type de ponts n’a cessé de se développer et de se perfectionner jusqu'à devenir le type le plus répandu pour les grandes portées, depuis une soixantaine de mètres jusqu'à 240 m. Par rapport à la période précédente, deux innovations principales sont apparues en 19611962 :  la suppression des articulations centrales pour rendre les tabliers continus. En effet, la solution de l’articulation au milieu des travées, qui était logique et simple, a entraîné de sérieux inconvénients. Ces articulations n’étaient pas capables d’empêcher les déformations des extrémités des consoles qu’elles reliaient, de sorte que les clefs se sont abaissées, d’une manière plus ou moins sensible suivant les caractéristiques des ouvrages, sous l’effet du fluage du béton et de la relaxation des aciers. Ce phénomène ne met pas en cause la résistance du pont, mais la brisure qui en résulte dans le profil en long du garde-corps et de la chaussée est très gênante, a la fois pour l’œil du spectateur et pour le confort de l’automobiliste. Pour atténuer le cassis ainsi formé, les services d’entretien ont procédé à des rechargements dont le poids a eu pour effet d’augmenter encore la déformation. Dans certains cas, les articulations elles-mêmes et les points de chaussée n’ont pas résisté à la rotation imprévue qui leur était imposée et il a fallu les changer et les renforcer. Il a donc paru bien préférable de supprimer ces difficultés en rendant le tablier continu. Le calcul, confirmé par l’expérience, montre que les déformations différées sont ainsi réduites dans une proportion très importante (au moins de 5 a 1) et surtout que ces déformations sont rendues continues d’un bout a l’autre de l’ouvrage, ce qui les rend pratiquement insensibles au spectateur comme a l’automobiliste. Au surplus, la continuité permet de supprimer les joints de chaussée avec toutes les sujétions qu’ils entraînent, et donne à l’ouvrage une augmentation de résistance due à l’hyperstaticité. En contrepartie, le calcul des ouvrages sans articulation centrale est plus difficile et leur exécution plus compliquée. Mais les avantages qui en résultent composent largement ces inconvénients et donc il est recommandé que tous les ponts construits en encorbellement soit rendus continus. 

Les voussoirs préfabriqués, utilisés pour la première fois au pont de Choisy-leroi, sur la seine. Plusieurs ouvrages avaient été déjà exécutés a partir de

26

Les Ponts en Béton Précontraint voussoirs préfabriqués : le pont de Luzancy, commencé en 1941 ; en1945, le pont sur la Medjerdah, en Tunisie, cantilever de 50 m de portée centrale, dont les voussoirs préfabriqués, en double té, étaient assemblés par précontrainte longitudinale et transversale pour former des caissons ; de 1947 a 1950 les cinq ponts sur la marne puis en 1950-1952, les ponts sur l’Oued-djer ici en Algérie, a poutres indépendantes formées de voussoirs préfabriqués a 100 Km du chantier. Il était naturel d’appliquer cette technique à la construction en encorbellement. Mais, dans tous ces ponts, les voussoirs étaient préassemblés par précontrainte pour former des poutres ou des tronçons de poutres, les joints entre les voussoirs, de quelques centimètres d’épaisseur, étant préalablement remplis de mortier de ciment coulé ou maté.

Voussoirs préfabriqués

Il fallait se débarrasser de cette sujétion due aux joints sinon, dans la construction en encorbellement par voussoirs successifs, il aurait fallu attendre le durcissement du mortier de chaque joint, ce qui aurait fait perdre beaucoup de temps. La solution été trouvée sous la forme des « joints conjugués collés » : pour envisager un point sans épaisseur, il fallait que les surfaces des voussoirs successifs s’appliquent exactement l’une sur l’autre ; il a suffi pour cela d’utiliser comme coffrage d’une des faces verticales d’un voussoir la face du voussoir précèdent sur laquelle elle devait s’appliquer. En outre, pour faciliter la mise en place et la rendre très précise, des assemblages par tenons et mortaises (ou « clés ») ont été prévus sur quatre cotés des voussoirs. Enfin, les faces verticales devaient être badigeonnées d d’une colle a base de résines époxydes pour remplir tous les vides, pour améliorer la transmission des efforts et pour surtout assurer l’étanchéité. Cette colle se polymérise très vite et ne retarde donc pas la mise en précontrainte. Le processus est alors le même que dans le cas de voussoirs coulés en place : après la rose du premier voussoir sur pile, deux voussoirs sont mis en place symétriquement, maintenus en position et soutenus provisoirement par des dispositifs divers et par les clés ; on passe alors des câbles de précontrainte dans le fléau (c'est-à-dire dans les deux consoles de part et d’autres de la pile) et dès qu’ils sont tendus une autre opération peut commencer. Le grand avantage de cette invention est qu’elle a permis de diminuer très sensiblement les délais d’exécution. En effet, lorsque les voussoirs sont coulés en place, il faut installer l’équipage mobile, bétonner le voussoir, attendre qu’il ait assez durci pour le mettre en précontrainte, et avancer l’équipage. Cela demande a peu près une semaine pour deux voussoirs symétriques de 3 m, c'est-à-dire qu’en moyenne le fléau s’allonge a peine d’un mètre par jour. Avec la préfabrication, les délais de bétonnage et de durcissement n’interviennent plus, puisque les voussoirs peuvent être faits largement à l’avance, pendant qu’on construit les fondations et les appuis, et qu’on commence la mise en place du tablier. Seul intervient le temps du transport, du positionnement et de la mise en précontrainte du couple de voussoirs. Tout dépend alors de l’organisation des opérations, de l’efficacité du matériel et de l’habilité de la main-d’œuvre : on peut atteindre en moyenne une dizaine de mètres et jusqu'à 30 m d’avancement par jour. Les inconvénients – comme dans tous les ouvrages préfabriqués – risquent de provenir de la présence des joints: absence d’armature passives pour la transmission des

27

Les Ponts en Béton Précontraint tractions éventuelles, incertitudes sur l’étanchéité, difficulté de bien raccorder les gaines et d’y faire passer l’injection. En fait, grâce aux précautions prises, ces risques ne se sont traduits par aucun incident sérieux jusqu'à présent. Les voussoirs peuvent être fabriqués dans des moules fixes (comportant des parties mobiles pour s’adapter aux dimensions différentes des voussoirs successifs) ou sur un banc de fabrication dont la partie supérieure reproduit la forme de l’intrados de la console (c’est alors le coffrage qui se déplace de voussoir en voussoir). Les dispositifs de transports et de mise en place sont extrêmement variés ; ils dépendent des entreprises et des conditions locales : transport par voie d’eau avec levage par grue flottante ou a partir du tablier, transport sur le tablier déjà construit, par bardeurs automoteurs et chariots sur rails, puis mise en place au moyen d’une poutre de lancement ou exceptionnellement d’un portique roulant. La construction des voussoirs n’a pas eu pour effet de supprimer la construction en encorbellement avec coulage sur place. Les deux méthodes utilisées concurremment, suivant les cas. La construction implique des installations et un matériel spécialisé qui ne se justifient que lorsque le nombre de voussoirs a fabriquer est grand. Elle est intéressante surtout lorsque le délai d’exécution doit être réduit et lorsque les voussoirs peuvent être transportés par voie fluviale ce qui permet de se passer de la poutre de lancement. En fait, le choix entre les deux méthodes dépend beaucoup des habitudes et du matériel disponible des entreprises. Les dispositions générales des ponts construits par coulage en place ou par voussoirs préfabriqués sont les mêmes. La coupe transversale est toujours constituée de caissons. En pratique on emploie un seul caisson a deux âmes si la largeur du tablier est inférieure a 12 m. et deux caissons a deux âmes (raccordés par une bande de béton coulée en place) si cette largeur dépasse 16 m, sauf cas particuliers. Entre 12 et 16 m, on a choisi soit un seul caisson a deux âmes, soit deux caissons, soit plus rarement, un caisson a trois âmes. Les âmes des caissons peuvent être soit verticales soit inclinées. En général, le tablier est une poutre continue appuyée sur les piles et les culées au moyen d’une ligne d’appareils d’appui en élastomère fretté. Ceci exige, bien entendu, que pendant la construction le tablier soit encastré provisoirement sur son appui pour que le fléau soit stable ; pour cela, ou bien on utilise des appareils d’appui provisoires dédoublés, ou bien on soutient le tablier près de la pile au moyen de palées provisoires, en y ajoutant éventuellement une précontrainte verticale. Quelquefois le tablier reste encastré élastiquement sur chaque pile par l’intermédiaire de deux lignes d’appuis, ce quoi permet d’éviter l’encastrement provisoire pendant la construction. L’encastrement total des piles dans le tablier peut être réalisé lorsque les piles sont assez hautes (au moins 20 m.) et assez flexibles pour suivre les déformations linéaires du tablier sans que cela introduise des efforts trop importants dans les fûts et dans les fondations. Le pont fonctionne alors comme un portique – ou une suite de portiques – prolongé par des consoles. Pour le tablier, une solution intermédiaire entre la continuité et l’articulation centrale est celle du cantilever, avec travée indépendante appuyée sur les extrémités de deux consoles. Lorsque le tablier est trop long pour être continu d’un bout a l’autre, il faut le couper par des articulations, du même genre que celles des cantilevers. Il est alors préférable de les placer a proximité des points de moment nul. Le record mondial des ponts de ce type, longtemps détenu par le pont de Bendorf, sur le Rhin (208 m de portée centrale-1964) est passé au japon avec le pont de Kochi, sur la baie

28

Les Ponts en Béton Précontraint Urato (230 m-1972), puis le pont Hikoshima Ohashi (236 m-1975) et le pont Hamana (240 m-1976). f)Les ponts a béquilles obliques : Dans les premiers ponts sur la Marne, les poutres ou portiques a béquilles oblique ont été utilisés, dans des cas particuliers, soit a cause de la configuration de la brèche et des gabarits a respecter, soit pour des raisons d’aspect. Ce type de pont étant rarement employé, a cause sans doute de son coût élevé que celui des pont-dalles. On ne le choisit que dans des circonstances spéciales, pour rompre la monotonie des passages supérieurs ou pour marquer un point singulier de l’itinéraire, et a condition que le terrain de fondation soit capable d’encaisser la poussée des béquilles. Il en existe une dizaine d’exemplaires au-dessus des autoroutes. La distance entre articulations des béquilles est en général d’une trentaine de mètres. Un cas, jusqu’ici unique, c’est celui du pont du Bonhomme, sur le Blavet (1974) qui comporte des béquilles obliques dont la distance entre articulations est de 186 m. cette forme inhabituelle pour un grand ouvrage en béton précontraint s’explique par le profil en travers de la rivière et les caractéristiques du sol. La travée centrale (147 m entre têtes des béquilles) a été construite en encorbellement, les consoles étant soutenues pendant la construction par des palées verticales provisoires.

g) Les ponts en arc : Dans les années récentes, on a utilisé la précontrainte pour construire quelques arc sans cintre, par haubanage, au moyen d’une méthode analogue a celle qui avait adoptée pour le viaduc de gabarit. Ce sont les arcs a tablier supérieur dont les deux moitiés sont constitués de voussoirs coulés en encorbellement dans des équipages mobiles se déplaçant suivant le tracé de l’arc, retenus au fur et a mesure de leur avancement par des haubans. Ceux-ci sont attachés soit a la pile située au-dessus de la culée de l’arc, soit aux piles successives destinées a soutenir le tablier. La précontrainte est nécessaire pour assurer la résistance pendant la construction. C’est un type d’ouvrage qui présente une grande qualité esthétique et qui peut être envisagé pour franchir une large brèche, mais qui reste actuellement moins économique que les ponts a poutres. h) Les ponts a haubans : Pour les grandes portées, supérieures a 200 m, il était logique d’envisager d’associer a un tablier en béton précontraint des haubans rectilignes. Dès 1962, quelques années après la construction des premiers grands ponts métalliques a haubans, cette idée était réalisée au pont Maracaibo, au Venezuela, conçu par Morandi (longueur totale du pont, situé a l’entrée du lac de Maracaibo : 8678 m). Les travées centrales de ce grand ouvrage sont formées de consoles, de part et d’autre des piles, soutenues par haubans. Sur les extrémités de ces consoles s’appuient des travées indépendantes. La distance entre axe des piles est de 235 m. Le développement des ponts à haubans ne fait que s'accélérer sur tous les continents, car, en évitant la construction d'énormes massifs d'ancrage, ils font reculer le domaine d'emploi économique des ponts suspendus. En témoigne notamment, en France, à l'est de Honfleur, le pont de Normandie, sur l'estuaire de la Seine, avec un tablier principalement métallique dont la portée est de 865 m.

29

Les Ponts en Béton Précontraint

Le tablier est un caisson en béton précontraint continu sur toute la longueur du pont principal et jusqu'à des articulations situées au-delà des piles d’extrémité. Les haubans sont des câbles placés dans des tubes étanches et injectés, disposés en éventail dans le plan médian du tablier. Les études montrent que la seule limitation à l'augmentation des portées tient aux phénomènes d'instabilité aéroélastique.

(Viaduc de Millau)

30

Les Ponts en Béton Précontraint

Conclusion : La construction des ponts a évolué depuis la naissance du béton précontraint qui a vraiment permis des constructions vraiment extraordinaires avec des coûts relativement moins élevés. Et donc dans notre travail on a essayé d’énumérer le différents types de ponts utilisant cette technologie et les différentes méthodes de construction.

31

Les Ponts en Béton Précontraint

Bibliographie   

Cours et applications de béton précontraint 2004 par A. Fuentes (Office des publications universitaires Algérie). Conception des ponts 1988 par G. Grattesat (Editions Eyrolles). Le ciment et ses applications 2001 (Collection techniques CimBéton).

32