11 Ponts Prefabriques

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Coupe longitudinale de labout Coupe transversale

Fig. 11.3 Exemple dlment en U renvers

11.2.4 Ponts poutres

Depuis les annes 60, les grands ponts prfabriqus taient raliss avec des poutres

prcontraintes. Le tablier du pont tait compos de diffrentes poutres en I ou en T renvers quitaient disposes une distance donne les unes par rapport aux autres. Les poutres taientrelies entre elles par une entretoise coule en place aux abouts. Avant, pour les grandes portes,on utilisait parfois des entretoises au milieu de la trave. Cette technique nest actuellement plusemploye.

Aprs le montage des poutres prfabriques et le btonnage des entretoises, la dalle de pont taitcoule sur un coffrage compos gnralement de prdalles.Les poutres en I ont des blocs dabout carrs et des barres dattente sur la face suprieure pour laliaison avec la dalle. La hauteur des poutres peut aller jusqu 2200 mm. La dalle a souvent unepaisseur variant de 160 200 mm et parfois mme 250 mm. Le systme est utilis pour les

ponts isostatiques et hyperstatiques, la porte peut varier denviron 15 55 m. La distance entreles poutres prfabriques dpend de la longueur de la porte, de la charge du pont et de lahauteur de construction disponible.

Fig. 11.4 Coupe transversale dun pont poutres prfabriques

La SNCB utilise souvent une variante pour les ponts poutres prfabriques o la semellesuprieure des poutres est enleve. La dalle coule en place fait fonction de semelle suprieurede la construction.

11.2.5 Ponts poutres composites acier-bton

Depuis 1985, des poutres composites sont fabriques en Belgique. Elles allient les avantages dubton prcontraint et des poutres en acier prflchies. Les poutres disposent dune plus granderigidit et rsistance la fatigue. Le systme est utilis lorsque la hauteur de la construction estlimite ou pour des charges trs importantes combines des grandes portes, de 30 40 m. Lors

de la production, les profils cintrs en acier sont pousss vers le bas laide de vrins avant quela semelle infrieure ne soit btonne. Cette dernire comprend entre autre un grand nombre de


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Il existe depuis 1995 des caissons prcontraints prfabriqus courbure horizontale. Ils sontutiliss pour les ponts trac courbe. La rigidit de torsion des caissons est particulirementadapte dans ce cas. Cette solution est couramment utilise en Angleterre, aux Pays-Bas et enEspagne. Le rayon de courbure varie de 200 100 m. Lors de la production, la pousse latrale

engendre par la prcontrainte dvie est absorbe par un quipement spcial.

11.2.7 Ponts mono-caisson

Ces dernires annes, lEspagne dvelopp des nouveaux systmes prfabriqus pour ponts grandes portes. En Belgique aussi, des ponts mono-caisson prfabriqus existent dj, entreautres pour le TGV. Ces ponts sont constitus de grandes poutres-caisson trapzodales ou de

poutres en forme de U, avec une dalle en encorbellement coule en place. La ralisation peut treisostatique ou hyperstatique, avec des portes jusqu 90 m.

La longueur des lments de caisson est limite 45 m en raison du transport et de lamanipulation. Lorsque de plus grandes portes savrent ncessaires, elles sont ralises laidede deux lments ou plus, soutenus temporairement lors du montage et ensuite relis par post-contrainte. Les cbles de post-contrainte peuvent tre placs soit dans la section de bton soit lextrieur. Les poutres et la dalle coule en place fonctionnent comme une constructioncomposite.

Ce type de pont est complexe, mais le systme permet de raliser de plus grandes portes parcomparaison avec les ponts poutres standard. Plusieurs ponts de ce type avec des portes de 50 90 m ont dj t construits en Espagne et au Portugal. La partie en encorbellement du tablierest soit coule en place, soit ralise partir de prdalles prfabriques soutenues par dessupports prfabriqus ou des treillis en acier.

Fig. 11.8 Coupe de principe dun pont mono-caisson

En 2004 en Belgique, quatre grands viaducs de chemins de fer - TGV ont t raliss selon ceprincipe : Battice, Herve, Jos et Ruyff. Les piliers sont en forme de V et les jambes des deuxcolonnes obliques sont relies par de lourdes poutres-caisson prfabriques (Figure 11.9). La

porte maximale des poutres-caisson dans la pile en V est de 42,8 m. Lespace entre les deuxpiles en V est galement franchi par deux poutres-caisson dune longueur de 35,6 m. Le poids du

Support prfabriqu ouconsole

Variante avec riveen encorbellement


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11.2.8 Ponts-bac

Au cours de la dernire dcennie du sicle dernier, de nouveaux types de ponts pour laconstruction des chemins de fer grande vitesse ont vu le jour en Belgique. Les ponts-bacs sontutiliss pour des viaducs de chemins de fer. Les exigences principales sont un grand module

dinertie de la section transversale et une hauteur de construction limite. Le ballast est plac surle fond du pont-bac, ce qui permet de construire des ponts lancs.

Les ponts-bacs ont t conus par la SNCB. Ils sont galement bass sur le principe dlmentsprcontraints composites avec poutres en acier prflchies enrobes (Figure 11.10).Cela permet la ralisation de plus grandes portes et de plus petites hauteurs de construction.

Fig. 11.10 Principe pont-bac composites avec poutre prflchie enrobe

Les poutres en acier prflchies sont situes dans les nervures et les torons de prcontrainte dansla dalle de fond. Ces lments ont une grande rigidit et une grande rsistance la fatigue.Comme pour les poutres acier-bton composites, les ponts-bacs sont raliss en deux tapes :dabord la dalle de fond avec les torons de prcontrainte, dans laquelle sont fixes les semellesinfrieures des deux profils en acier prflchi, et dans un deuxime temps, la poursuite delarmature et du btonnage des nervures et des semelles suprieures. La longueur des ponts-bacsvarie de 10 25 m, la hauteur maximale est de 1,50 m et la largeur va jusqu 4,00 m. Le poidstotal des lments peut slever 160 tonnes.

11.2.9 Ponts segments

Les segments prfabriqus sont rgulirement utiliss dans la construction de grands pontsraliss par porte--faux. Les segments embrassent la totalit de la largeur du pont et leurlongueur dpend du poids, surtout dans le cadre des possibilits de transport et de manipulation.Les grands segments sont gnralement prfabriqus sur chantier mobile, proximit du pont. Ilexiste toutefois aussi de bons exemples de grands segments raliss en usine. Cette manire de

procder est souvent utilise pour les projets de plus petite envergure, par exemple des viaducsurbains. Un des avantages des cette mthode rside dans la possibilit de fabriquer de grandessries dlments identiques. Le montage se fait normalement laide de supports temporaires etaprs le remplissage des joints transversaux, les lments sont relis par post-contrainte dans lesens longitudinal.

voorgebogenstalen balk

Torons de prcontrainte

Phase 1: prflexionPhase 3: btonnage dalle infrieure

Phase 2: prcontraintePhase 4: btonnage nervures

Poutre prflchie


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11.2.10 Ponts arches

Dans les zones population dense, lesthtique des ponts reoit plus dattention. Il existe denombreux exemples de ponts urbains rnovs dont lapparence dorigine a t autant que

possible respecte, par exemple en utilisant des poutres courbes prfabriques, ou avec un profil

spcial ou une finition spciale des poutres de rive.

11.2.11 Aperu des possibilits de porte avec diffrents types de ponts prfabriqus

5 10 15 20 25 30 40 45 50 55 90 m

Fig. 11.11 Possibilits de porte avec les ponts prfabriqus

Ponts mono-caissons

Ponts poutres

Ponts-caissons

Ponts-dalles massifs

Prcontraints composites

Ponts poutres dalle intgre

Ponts bac


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11.4 Conception

11.4.1 Systmes constructifs

a. Ponts isostatiques

Dans la priode initiale des ponts prfabriqus, il paraissait vident de raliser des portesisostatiques, avec des joints de construction transversaux aux abouts du pont et entre chaquetrave. Les poutres de pont taient places sur des appareils dappui spars un chaqueextrmit et les joints taient dimensionns pour absorber les dformations dues latemprature. Les ponts isostatiques sont galement plus mme dabsorber les dformation duesau retrait et au fluage, ainsi que les tassements diffrentiels des structures portantes.

Des milliers de ponts ont t construits dans le monde de cette faon et ils restent compltementfonctionnels. Les raisons principales de leur grande durabilit sont :

- limportante rsistance la compression, normalement 45/50 MPa sur cylindre, et le faiblefacteur eau/ciment ;

- la prcontrainte avec des torons ancrs par adhrence ;- la qualit de la mise en uvre.

Bien que les poutres en tant que telles aient un comportement trs favorable, les pontsisostatiques ont toutefois quelques dsavantages.

- Un appui est ncessaire chaque extrmit des poutres. Ils sont chers et doivent parfoistre remplacs.

- Le problme principal vient toutefois des joints de dilatation, savoir leur durabilit souslinfluence des sels de dverglaage et le manque de confort pour le trafic quils engendrent.

La meilleure solution pour viter ces problmes consiste liminer les joints transversauxdans le tablier en utilisant des systmes de dalles continues.

Fig. 11.14 Dtail de lappui et de la cule

b. Ponts isostatiques tablier continu

Cette solution propose des poutres isostatiques, mais la dalle est partiellement continue, ce quisignifie quune rpartition des charges verticales entre les portes adjacentes nest pas possible,

Dalle

Entretoise

Dalle flottante

Appareil dappui

Poutre de pont

Canal de draina e

Cule Rservation pour joint de dilatation


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c. Ponts continus

Les ponts prfabriqus plusieurs traves avec continuit mcanique entre les traves adjacentespeuvent tre raliss de diffrentes faons. La solution la plus utilise consiste raliser lacontinuit par des armatures sortantes dans des rservations aux extrmits suprieures de la

poutre. Aprs montage, la continuit est ralise laide de douilles filetes spciales ou parsoudure. Ensuite, les rservations sont btonnes. Lentretoise est coule de manire centrale surles piliers de pont. Les armatures longitudinales de lentretoise traversent les ouvertures dans lesabouts des poutres de pont ou se superposent aux barres dattente dans les douilles filetesancres (voir section 11.5).

Fig. 11.17 Continuit intgrale Variante avec recouvrement soud des armatures suprieures

La construction est ralise en deux tapes :

- dans la premire tape, les poutres sont isostatiques et portent leur poids propre plus

ventuellement la charge du coffrage et de la dalle de bton non durcie;

- dans une deuxime tape, la construction devient hyperstatique aprs le durcissement dubton des entretoises, mais seulement pour le poids propre supplmentaire de la finition dupont et la charge mobile. Les entretoises entre traves adjacentes reposent sur les piles laidedune seule range dappuis placs au centre de chaque pile.

11.4.2 Conception des poutres de pont

La conception et le calcul des lments sont raliss selon les mthodes de conceptionclassiques, ventuellement compltes par des directives spciales pour la construction de ponts.

Pour les poutres de pont en bton prfabriqu, les aspects de conception suivants sont prendreen considration :

a) situations temporaires pendant la construction du pont : production des lments, stockage,montage sur appuis simples, action composite avec dalle de pont coule en place et le caschant, continuit par assemblages ou post-contrainte;

b) transmission des efforts entre les lments prfabriqus et le bton coul en place, parexemple contraintes de cisaillement entre les poutres et la dalle;

c) utilisation de bton haute rsistance jusqu 100 MPa, actuellement couramment utilis dansla prfabrication, galement pour les poutres de pont.

Barres dattentesoudes ou visses

Dalle coule en place avec armatures continues

Appui dfinitif

Armatures

travers lapoutre

rfab.


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En raison du poids important des lments, les prfabricants ont conduit beaucoup dtudes pourtrouver la section transversale la plus efficace. Dans ce contexte, ces tudes ont port sur lesdimensions idales pour lpaisseur de lme, la forme et la dimension des semelles suprieure etinfrieure, la ncessit dpaississements aux abouts, etc. Les dveloppements en Belgique et ltranger sont bass sur des programmes de recherche spcifiques et sur des normes nationales.

De ce fait, on aperoit de nombreuses diffrences en Europe et sur les autres continents dans lestypes, les formes et les dimensions des lments de pont prfabriqus.

11.4.3 Rpartition transversale des charges

Les diffrentes poutres de pont dans une trave ne sont pas charges de la mme faon, en raisonde la localisation des charges mobiles et leur transmission entre les lments. En gnral, les

poutres extrieures portent la plus grande charge. Pour des raisons de standardisation, cettecharge est alors utilise pour le calcul et le dimensionnement de toutes les poutres de pont.

La rpartition transversale tait auparavant calcule selon la mthode de Bares-Massonet. Le

tablier tait considr comme une dalle orthotrope et la charge de chaque poutre tait dtermine laide dune srie de tableaux. Aujourdhui, le calcul se fait automatiquement, par la mthodedes lments finis.

Les entretoises jouent un rle essentiel dans la capacit de rpartition transversale du pont. Dansle cas de ponts poutres, elles sont encore uniquement prvues aux extrmits des traves. Dansle cas des ponts-dalles semelles suprieures larges, une entretoise est parfois place au centrede la porte, selon de la longueur de porte et de llancement des lments. Lentretoise centraleest toutefois dconseille autant que possible en raison de la complexit de la ralisation.

11.5 Liaisons

Ce chapitre prsente quelques liaisons spcifiques utilises dans la ralisation de pontsprfabriqus. Il sagit principalement de liaisons entre les poutres prfabriques dune part et lesentretoises et la dalle coule en place dautre part.

Liaison poutre prfabrique - entretoise

En raison de la densit de larmature dans les abouts des lments, la liaison avec les entretoisesest ralise laide darmatures en attente, de douilles filetes ancres et de tiges filetes, ou destrous travers les poutres. La surface de contact entre les poutres et le bton couler en place est

rendue rugueuse. Douille fileteEntretoise Entretoise Douille filete

Fig. 11.18 Liaison des poutres de pont avec des entretoises lendroit des abouts


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Liaison entre les poutres et la dalle

Les efforts de cisaillement entre les poutres de pont et la dalle coule en place sont repris par destriers sortant de la face suprieure des poutres. La transmission des contraintes de cisaillemententre la dalle et les poutres peut tre augmente en plaant les triers en biais. Pour le btonnage

de la dalle, on utilise gnralement des prdalles prfabriques.

Fig. 11.19 Liaison entre poutre de pont et dalle

Liaison entre les profils de rive et le tablier

Les profils de rive sont gnralement fixs aux pont laide darmatures en attente ancres dansla dalle coule en place.

11.6 Dtail

11.6.1 Dtails dappui pour poutres de pont

Les poutres de pont prfabriques sont normalement poses sur des appareils dappuispcialement conus. Ceux-ci sont par exemple en polychloroplne ou polyttrafluorthylne,fretts par des tles minces en acier inoxydable. Lpaisseur des appareils dappui dpend desdformations prsumes. Pour les appareils fretts, la capacit de dformation est estime 70 %de lpaisseur totale des couches de noprne. Les appareils dappui sont placs comme indiqudans la Figure 11.21 pour les poutres about rectangulaire et dans la Figure 11.22 pour les

poutres abouts dcoups.

Les appareils dappui doivent toujours tre placs horizontalement. Une couche de mortier estappose entre les poutres et les appareils dappui afin dabsorber les carts dinclinaison entreceux-ci.

Lorsque les poutres sont poses avec une pente suprieure 3 %, il est ncessaire de prvoir uneencoche dans leur face infrieure au droit de lappareil dappui.

Prdalles prfabriques

Dalle coul en place


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Fig. 11.20 Exemple dappareil dappui pour poutres de pont

Fig. 11.21 Dtail dappui pour poutres de pont avec abouts non dcoups

Couche demortierJoint lastique

Couche de mortier

Plaque en acier (protge contre lacorrosion)

Couches dlastomre+ Plaque enacier


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11.6.3 Dvers de ponts prfabriqus

La solution la plus indique pour la ralisation de la pente transversale dun pont consiste poserles poutres sur des bossages de hauteur variable

Fig. 11.24 Exemple de bossages de hauteur variable pour pont en dvers

11.6.4 Rives de pont

Le profilage de la rive joue un rle important dans laspect visuel du pont. Il existe diffrentessolutions. Par exemple, il est possible de prvoir une finition uniquement hauteur de la facesuprieure de la dalle. Dautres solutions permettent de cacher entirement ou partiellement la

poutre de pont prfabrique derrire un profil de rive dcoratif spar. Dans la plupart des cas,ces profils sont raliss en bton prfabriqu, mais il existe galement des ralisations en btoncoul en place.

- Rives prfabriques

Les poutres de pont prfabriques peuvent tre entirement ou partiellement apparentes grce

leur profil tendu et rgulier et leur finition de surface lisse. La finition de la rive de la dallecoule en place peut par exemple se traduire par un profil dcoratif simple en guise de marquagede la ligne du pont. Pour ce faire, il est dailleurs possible dutiliser de la pierre naturelle.

Les rives de pont prfabriques offrent quantit dopportunits architecturales de formes et definition de surface, par exemple en pierre naturelle reconstitue, bton color, etc. Elles peuventtre conues comme des lments autoportants ou comme des lments minces qui, aprsmontage, sont renforcs laide dun remplissage en bton coul en place. La Figure 11.25montre trois exemples de profils de rive dcoratifs prfabriqus pour ponts. Le profil de gauche

peut galement tre utilis comme bordure de scurit.

Fig. 11.25 Exemples de profils de rive prfabriqus pour ponts


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- Poutres de rive spciales

Au dbut, les ponts prfabriqus taient parfois raliss laide de poutres de rive asymtriquesspciales, qui par exemple avaient un profil plan lextrieur et un profil en I lintrieur. Cettesolution nest plus utilise en raison de son cot plus lev, d une srie de production rduite

et de frquents problmes de dformation latrale de la section asymtrique prcontrainte.

- Rives de pont coules en place

Comme mentionn, les poutres de rive peuvent galement tre coules en place avec la dalle.Cette solution nest toutefois que rarement utilise en raison du profilage complexe de la section.

11.7 Piles et cules

Les piles sont gnralement coules en place en raison de leurs importantes dimensions et de leurpoids. Il existe toutefois de bons exemples de piles prfabriques. La Figure 11.26 en donne

quelques exemples.

Dans certains cas, les cules sont ralises laide dlments prfabriqus (Figure 11.28).Ceux-ci embrassent la totalit de la hauteur de la cule, proposent une largeur adapte et sontsouvent renforcs par des nervures lavant ou larrire. Les lments sont placs sur une

poutre de fondation et finis par une entretoise.

Fig. 11.26 Exemples de piles prfabriques


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11.8 Esthtique des ponts prfabriqus

La socit accorde de plus en plus dimportance lesthtique des ponts. Il convient donc dyprter lattention ncessaire ds le dbut du projet. Comme pour toutes les constructions,lapparence dun pont est surtout dtermine par son aspect gnral, en dautres termes par la

premire impression quil donne un observateur plac une certaine distance. La silhouette estcaractrise par la rgularit du profil longitudinal, les proportions entre lments, lharmoniedes lignes dgages, lintgration de louvrage dans son environnement, etc. Lorsquelobservateur sapproche, sa perception est domine par lapparence des dtails, commelarchitecture des piles et de la cule, la finition des surfaces, la forme, la couleur et les

proportions des rives, etc.

La hauteur de construction de longs ponts ou viaducs poutres prfabriques tait par le passgnralement plus importante que celle de ponts continus couls en place, surtout en cas de

portes isostatiques. Au dbut des ponts prfabriqus, lorsque laccent tait mis sur les solutionsconomiques et les dlais de mise en uvre courts, lapparence des ponts passait au deuxime

plan. Pendant les annes 80 du sicle dernier, la demande de ponts prfabriqus lgants aaugmente, surtout lorsque la hauteur libre sous le pont tait limite. De plus, une paisseur deconstruction accrue a une influence supplmentaire sur le volume des bermes daccs.

Aujourdhui, il existe plusieurs solutions pour cet aspect :

- en diminuant la distance entre les poutres, le pont peut tre conu laide dun plus grandnombre de poutres plus lances. Ceci augmentera toutefois le cot total;

- compars des ponts poutres classiques, les ponts-caissons et les ponts-bacs ont un degrdlancement plus lev, plutt comparable des ponts couls en place. Il est possibledutiliser des poutres de rive plus lances, surtout dans le cas des ponts-caissons;

- les portes hyperstatiques permettent galement de rduire lpaisseur totale du tablier,comparable aux ponts couls en place. La combinaison de la prcontrainte en usine et de la

post-contrainte sur chantier permet galement de diminuer la hauteur de construction;- le bton haute rsistance permet galement dans une certaine mesure de rduire la section

transversale des poutres, tout en gardant les mmes performances.

Un autre dsavantage esthtique pourrait ventuellement tre engendr par la contreflche deslments de pont prcontraints dans le cas de traves isostatiques multiples. Les lments

prcontraints prsentent une contreflche, qui varie selon limportance de la prcontrainte et ladure de stockage des lments en usine. Aprs montage, cette flche est partiellement

compense par le poids de la dalle coule en place et dautres charges fixes. Ici aussi, il existediffrents remdes ces problmes.

a) Profils de rive

La rive dun pont dfinit la ligne gnrale de la construction, car il sagit de sa partie la plusvisible. Il existe diffrentes solutions pour raliser des rives, soit par larchitecture de laforme, soit par la finition de surface et la couleur (voir 11.6.4).

b) paisseur variable du profil de pont longitudinal

Bien quelles ne soient pas couramment appliques, il existe de belles solutions de pontsprfabriqus avec un intrados courb.


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c) Profil longitudinal du pont lgrement courb

En concevant le pont avec un profil longitudinal courb, la contreflche des poutresprcontraintes est intgre dans le profil de pont longitudinal

Fig. 11.27 Profilage longitudinal dun pont ou viaduc

d) Architecture des piliers

Lapparence dun pont peut galement tre considrablement amliore par une architectureadapte des piles et cules, surtout en milieu urbain.

La ralisation de ponts horizontaux courbs est plus difficile en prfabrication quen coul enplace. Normalement, le problme est rsolu en disposant les traves dans une forme polygonalesuivant la courbe requise. Cette solution est parfaitement acceptable pour de grands rayons decourbure mais moins lgante pour de petites courbures. Comme mentionn dans la section11.26, il existe actuellement des lments-caisson courbs prcontraints avec un petit rayon decourbure jusqu 100 m.

Rfrences

Standardisation des poutres prfabriques en bton prcontraint pour ouvrages dart, FEBE 3edition - 1985

Guide de conception Ponts-routes poutres prfabriques prcontraintes par adhrence Service dtudes techniques des routes et autoroutes, Centre des Techiques dOuvrages dArt,46, rue Aristide Briand, F-92223 Bagneux, France, septembre 1996

State of the Art report Precast concrete bridges fib, Commission on Prefabrication Lausanne 2004

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