CENTRE DES TECHNIQUES D’OUVRAGES D’ART · Le nouveau pont sur la Loire à Orléans 1. Présentation du projet L’agglomération orléanaise a connu , au cours des deux dernières

CENTRE DES TECH N IQU ES D ’OUVRAGES D ’ART

Bulletin de liaison diffusé parle Centre des Techniques d’Ouvrages d’Art

du Service d’Études Techniques des Routes et Autoroutes

N°35Août 2000

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Ouvrages d’Art

• N° 35 • Août 2000

SOM

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Ouvrages marquants

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Le nouveau pont sur la Loire à Orléans.

page 3

A. BOURRAT, J.B. DATRY, W. HOECKMAN, J. LEFÈVRE

Règlementation, calculs

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Passage à l’Euro pour le second viaduc de Pont-Salomon.

page 13

F. DALLOT, D. DE MATTEIS, V. DEWILDE, F. TAVAKOLI

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Conseils pour la vérification des armatures passives dans les projets de renforcement des ouvrages avec des matériaux composites.

page 18

D. POINEAU, F. LÉGERON, E. BOUCHON

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Le nouveau pont Ouest à OrléansLes études de conception.

page 20

J.B. DATRY, X. CESPEDES

Informations brèves

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Les résultats statistiques de « La construction des ouvrages d'art ».

page 28

M. LEFEBVRE

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Les ponts au Japon, coopération franco-japonaise.

page 29

F. LÉGERON, Y. YASUKAWA

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Formation ISBA.

page 39

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Stages ENPC.

page 39

Le kiosque du Setra

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Les dernières publications Ouvrages d'Art.

page 40

Ouvrages d’Art

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Le nouveau pont sur la Loire à Orléans

1. Présentation du projet

L’agglomération orléanaise a connu , au coursdes deux dernières décennies, une des plus fortesprogressions démographiques de France. Cedéveloppement s’est accompagné d’une exten-sion de l’urbanisation, tant au Nord qu’au Sud dela Loire. Cette situation est à l’origine d’unimportant trafic automobile entre les deux rivesdu fleuve, et le passage de la Loire est devenuune préoccupation majeure en matière de circu-lation.Les élus de la Communauté de Communes ontdonc décidé de construire un pont entre Saint-Jean de la Ruelle et Orléans au Nord, et Saint-Pryvé-Saint-Mesmin au Sud.Confronté à la beauté du lieu, à la fois urbain etsauvage, le Maître d’Ouvrage a souhaité que cesoit un bel ouvrage et a choisi, à l’issue d’un con-cours de maîtrise d’œuvre de conception, lancé àla fin de l’année 1996, le projet de l’équipe SETECTPI (BET mandataire) – Santiago Calatrava (archi-tecte et ingénieur) – Signes (paysagiste) présen-tant un ouvrage d’art majeur, original, s’écartantdes conceptions classiques.L’ouvrage retenu est un arc bow-string de con-ception originale : de 378 m de longueur totale,il comprend trois travées de 88,2 m, 201,6 m et88,2 m. La travée principale est suspendue, parl’intermédiaire de 28 paires de câbles, à un arcincliné, situé en rive du tablier. Ouvrage de l’an 2000, ce nouveau pont devaits’imposer par la pureté et la simplicité de seslignes (maquette de l’ouvrage).

2. La conception d’ensemble

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2.1 Le tracé routier

Le tracé en plan de l’ouvrage est rectiligne entredeux carrefours à niveau situés sur chaque rive.Le profil en long est constitué de deux pentes et

d’un rayon en angle saillant de 13 000 m. Unprofil en long symétrique, d’une qualité architec-turale supérieure, n’a pu être retenu comptetenu de la différence de niveau importante entreles berges nord et sud.Le profil en travers de cet ouvrage urbain com-prend une chaussée à 4 voies. La largeur totalede la chaussée est égale à 13,00 m entre bor-dures de béton. Deux pistes cyclables de 2,00 met deux trottoirs de 1,50 m de largeur sont situésde part et d’autre de la chaussée.

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2.2. La conception générale de l’ouvrage

L’analyse préalable des contraintes du site et lesfortes difficultés de fondation liées à la naturekarstique du sous-sol dans le lit de la Loire ontconduit les concepteurs à proposer une grandeportée de 201,60 m. Cette portée est sensible-ment égale à la distance entre deux îles natu-relles et sauvages, qui séparent le lit mineur de laLoire de deux bras parallèles d’écoulement. Lestravées de rive ont une portée de 88.20 m pouratteindre les berges.L’arc, d’une extrême finesse, est situé en rive dutablier, du côté de l’aval et incliné vers l’Ouest. Letrottoir aval est légèrement surélevé par rapportà la chaussée. Cette coupe transversale en gra-dins, associée à la hauteur du tablier par rapportau fleuve, permet une parfaite vision sur la ville

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Photo montage de l’ouvrage.

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Aquarelle de S. Calatrava.

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d’Orléans située à l’Est, sur le lit de la Loire et surles communes voisines.Le tablier, de 25,74 m de largeur totale, présenteun intrados courbe en forme de vasque. Il estréalisé en acier. Les piles tripodes, trois branchesfines de béton blanc, convergent au droit des îleset servent d’appui vertical et d’appui de torsionau tablier.L’intégration du franchissement au profil desberges se fait par deux petits ouvrages en dallepleine de béton précontraint, de 33,60 m auNord et de 58,80 m au Sud, permettant de con-server la transparence des rives et d’intégrer, dechaque côté de la Loire, une promenade pourpiétons. Les ouvrages de rives et les culées sontréalisés en béton de ciment blanc. Des perrés enpierre de taille complètent les piles culées del’ouvrage principal.Les superstructures sont réalisées en béton blanc.Les banquettes latérales, connectées à la tôlesupérieure du tablier, assurent la protection del’arc et des suspentes en rive de la chaussée, ainsique la protection des trottoirs. Des lisses éclai-rantes de conception originale sont disposées surces bordures de béton ; constituant l’éclairagefonctionnel de l’ouvrage, elles contribuerontégalement, avec l’éclairage de l’arc,des t r ipodes et des tabl iersannexes, à la mise en valeur decet ouvrage urbain.

3. Description détaillée

de l’ouvrage

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3.1. Le tablier

Le tablier, d’une largeur maximale de 25,74 m etde 3,25 m d’épaisseur totale, est un caissonchaudronné. Le platelage supérieur, à déversunique de 2,5 %, est réalisé en dalle orthotropedont l’épaisseur sous chaussée est de 14 mm.L’intrados courbe est constitué de tôles mincesde 14 mm à 24 mm. Il est renforcé par des rai-disseurs longitudinaux continus en plats, per-pendiculaires à la tôle de fond. Compte tenu dela géométrie du caisson et de la nécessité de réa-liser une contre flèche, tant dans le plan verticalque dans le plan horizontal du fait de l’incli-naison de l’arc, cette disposition permet unedécoupe plus aisée des raidisseurs.La largeur du caisson est variable dans les travéesde rive, pour permettre la traversée de l’arc entrele trottoir situé en aval et la chaussée, au droitdes branches intérieures des tripodes. De largesencorbellements de part et d’autre du caissoncomplètent la section. Les diaphragmes sont dis-posés tous les 4,20 m. Ils sont largement échan-crés pour permettre la circulation à l’intérieur dutablier.

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Coupe longitudinale.

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Coupe transversale de l'ouvrage.

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En haut : ouvrage sur berge.

En bas : construction du tablier.

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Les aciers constitutifs du caisson sont choisisparmi les nuances S355 K2G3, S355N et S355NLselon les épaisseurs mises en œuvre.La section est ainsi découpée en deux caissonslatéraux et une alvéole centrale. Chaque sous-ensemble a des dimensions compatibles avec letransport par la route. Les âmes verticales inté-rieures au caisson sont destinées à permettre lamise en place du tablier par poussage.La protection contre la corrosion des tôles exté-rieures est assurée par peinture. Un système dedéshumidification est mis en place à l’intérieurdu tablier qui ne reçoit aucune autre protection.

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3.2 L’arc et les suspentes

L’arc est situé à l’ouest du tablier, entre les trot-toirs et la chaussée. Son tracé est plan. L’angleentre le plan vertical et le plan de l’arc est de 22°.Le choix de ce plan a été fait de façon à centrerau mieux la résultante des charges permanentespar rapport à la base des tripodes afin de réduireles moments de flexion permanents à la base destripodes. Le tracé de la fibre moyenne de l’arc estconstitué de deux droites, du tablier à l’attachede la première suspente, puis d’une parabole. Lessuspentes en vé sont régulièrement espacées (laprojection des intervalles entre les attaches sur lacorde de l’arc donne des espacements constantsafin d’obtenir un arc funiculaire des charges per-manentes).La section de l’arc est un trapèze dont la facesupérieure est horizontale. La hauteur de ce tra-pèze est égale à 1.65 m, les dimensions des basesétant respectivement 0,55 m et 1,40 m. Lesaciers constitutifs sont choisis parmi les aciers àhaute limite élastique (S460 M et ML) afin deréduire les épaisseurs mises en œuvre. Desdiaphragmes intérieurs sont disposés aux pointsd’attache des suspentes.Les suspentes, espacées de 4,20 m environ, sontconstituées de câbles clos de diamètre 55 mm et35 mm.Elles sont fixées au tablier par l’intermédiaire debarres de traction, reposant sur des plaquesd’ancrage situées à l’intérieur du caisson. L’appuides barres relais se fait par l’intermédiaire decales oscillantes cylindriques (faces opposéescylindriques avec des axes perpendiculaires) pouréliminer toute flexion parasite du câble et desbarres de traction. La fixation des câbles sur l’arcse fait par l’intermédiaire de chapes à œil. A leurbase, des capots de protection coniques, ajustésà la géométrie des pièces de jonction avec la

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Coupe transversale du tablier.

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Élargissement du tablier au droit des branches des tripodes.

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Montage de l’arc.

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barre relais, assurentl’étanchéité de la liaisonavec le tablier.Les câbles et les barres relais sont protégéscontre la corrosion par métallisation et peinture.

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3.3. Les piles tripodes en béton

Les appuis de l’arc sont constitués par trois bran-ches effilées en béton B40. Deux branches sontsituées dans le plan de l’arc, la troisième étantsituée dans un plan perpendiculaire. La différenced’altitude entre les deux berges de la Loire n’a paspermis de réaliser deux tripodes parfaitementidentiques. De nombreux calculs ont éténécessaires, au stade de la conception, pourtrouver, compte tenu de cette dissymétrie, lecalage optimal du point de convergence des troisbranches. Ces branches convergent sur un socleprofilé pour faciliter l’écoulement des eaux autourdes appuis. La section des branches est elliptique,le grand axe des ellipses étant situé dans le plan del’arc. En tête de chaque branche sont disposés desappuis fixes spéciaux à pots d’élastomère. Cesappuis sont conçus injectables de façon à ajusterla position de l’appui sous le tablier et à permettrede rattraper, le cas échéant, le raccourcissementdes branches sous l’effet du fluage.

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3.4. Les fondations

Le substratum est constitué de calcaire deBeauce, surmonté d’un banc de calcaire tendre,plus ou moins altéré. Le sous-sol karstique est laprincipale difficulté de ce site. L’altération desniveaux calcaires par dissolution se traduit par laformation de chenaux remplis des matériauxrésultant de cette altération. Le lessivage de cessols crée des vides et des zones altérées qui ontété identifiées lors de la campagne géotechniquepréalable.Les fondations des piles tripodes sont consti-tuées d’une semelle épaisse, circulaire, reposantsur un béton de substitution. Cet ensemble estréalisé à l’abri d’un batardeau en palplanchesscellées dans une paroi au coulis, la dureté dubanc calcaire interdisant le battage. Préalable-ment à la réalisation de ce batardeau, le banccalcaire est injecté de façon à obtenir le comble-ment des cavités et empêcher les pertes de coulislors de la réalisation de l’enceinte périphérique.Cette injection sert également à obtenir le fondétanche du batardeau pendant les travauxd’excavation et de substitution du calcaire altéré.Les culées des tabliers annexes et les piles-culéessont fondées sur des pieux forés, ancrés dans lecalcaire sain. Dans la traversée de l’horizon kars-tique il a été nécessaire de réaliser au préalabledes injections de comblement, conduites à partirde trois forages situés à l’emplacement despieux.

4. Le traitement architectural

L’arc, particulièrement élancé, est prolongévisuellement par les branches des tripodes et unsoin particulier a été apporté dans le traitementdes formes comme l’illustrent les piles-culéesd’extrémité de l’ouvrage principal, l’intersectiondes branches des tripodes, la liaison des tripodesau tablier par l’intermédiaire de “ tulipes ” métal-liques, ...L’attention s’est également portée sur les équi-pements de l’ouvrage et sur son éclairage.L’éclairage de la chaussée est assuré par des lisseséclairantes implantées sur les banquettes bétonle long de la chaussée. Un éclairage de mise envaleur est également prévu avec notammentl’éclairage de l’arc à partir de projecteurs encas-trés dans le tablier et l’éclairage des tripodesdepuis la sous-face du caisson métallique etl’extrémité des encorbellements.

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Le tripode Nord.

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Ancrage d'une suspente.

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Détail de l'ancrage d'une suspente.

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L’architecte a choisi la couleur blanche pourl’ensemble de l’ouvrage y compris pour l’éclai-rage.

5. La dévolution des travaux

Du fait de la complexité de l’ouvrage, de la forteinteraction entre le tablier métallique et lesappuis et du délai d’exécution des travaux relati-vement court (24 mois), le choix de la forme juri-dique de l’entreprise a été fait de façon à obtenirdes offres réellement étudiées en partenariat parles constructeurs de génie civil et les construc-teurs de charpente métallique, tout en s’atta-chant à obtenir la meilleure concurrencepossible.Le groupement conjoint a ainsi été jugé plusadapté que l’entreprise générale ou les marchésséparés. Toutefois, pour animer au mieux la con-currence, le règlement de la consultation com-portait une clause limitant à un le nombre deréponse par entreprise, que ce soit pour le lot 1(génie civil) ou le lot 2 (charpente métallique).Le marché de travaux a été attribué au groupe-ment d’entreprises Chantiers Modernes - VictorBuyck Steel Construction. Les études d’exécutionont été réalisées par le bureau d’études Greisch,pour le tablier principal, et par le groupementSERF - Europes-Etudes - Sogelerg pour lesouvrages en béton et les appuis de l’ouvrage.

Pour les fondations des tripodes, un batardeaucirculaire s’est substitué au batardeau rectangu-laire prévu, le principe de fonctionnement res-tant le même ainsi que la méthode d’exécution.La méthode de réalisation par poussage pro-posée par le concepteur a été conservée parVictor Buyck ; quelques aménagements ont étéapportés, essentiellement sur :— la modification de la dimension des caissons

latéraux par déplacement des âmes verticalesintérieures au caisson pour des questions detransport,

— la modification de l’entretoisement ducaisson central par la mise en place de bra-cons boulonnés,

— la méthode de prise en charge du tablier surles palées provisoires.

La charpente métallique a été forfaitisée et quel-ques réductions d’épaisseur de tôle ont été opé-rées dans les travées de rive et à mi-travéecentrale.

La maîtrise d’œuvre des travaux est assurée parla Direction Départementale de l’Equipement duLoiret qui a mis en place, pour l’occasion, uneéquipe dédiée au projet.Elle est assistée dans cette mission par SETEC TPIqui assure le contrôle des études d’exécution, lecabinet Calatrava pour le suivi architectural et leslaboratoires des Ponts et Chaussées de Blois et deNancy pour le contrôle extérieur des fondations,des bétons et celui de la charpente métallique. LeSETRA intervient également en tant que conseilsur des points particuliers.

L’ordre de service de démarrer les travaux a étédonné à la mi-juillet 1998 et l’ouvrage sera réa-lisé pour septembre 2000.

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Phases de construction.

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Montage à blanc en atelier.

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6. La construction de l’ouvrage

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6.1. Fabrication

Comme la Loire n’est pas navigable à Orléans, leseul moyen pour amener les pièces métalliquesest le transport par la route. En fonction desgabarits maximaux disponibles, le tablier métal-lique a été découpé en 18 tronçons de 21 mchacun dans le sens longitudinal et en 6 tron-çons dans le sens transversal. L’arc est fabriquéen 8 tronçons. Avec les 6 moignons qui font laliaison avec les tripodes, 122 convois exception-nels ont ainsi été réalisés, dont le plus importantmesurait 21 m x 6,5 m x 4,5 m et pesait 130 t.Pour garantir un montage sans problèmes, tousles tronçons ont été montés à blanc en atelier.

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6.2. Montage

La mise en place de l’ossature métallique com-porte deux grandes phases bien distinctes :— la mise en place du tablier de 378 m;— la mise en place de l’arc et des 58 suspentes.

La mise en place du tablier métallique

La mise en place du tablier a été faite par pous-sage sur des patins glissants. Le chantier a étéinstallé sur la rive Sud, sur le territoire de Saint-Pryvé. Des palées provisoires ont été installées depart et d’autre des branches des deux tripodes,au niveau des deux culées et au milieu de laLoire. Comme il était nécessaire de réaliser le caissonavec une contreflèche horizontale, destinée àcompenser la déformation induite par la résul-tante des composantes horizontales des sus-pentes inclinées et des supports sur les tripodes,l’ouvrage a été réalisé et lancé en courbe pourobtenir le tracé final rectiligne.Dans le plan vertical, l’ouvrage a été lancé sui-vant son profil en long, de façon à ce que - en findu poussage - le tablier soit dans sa positiondéfinitive théorique.Les longueurs des travées de lançage variaiententre 50 et 72 m. Pour diminuer et compenser ladéflection à l’extrémité du porte-à-faux, unavant-bec spécial de 20 m de long a été installé.La semelle inférieure de cet avant-bec a étécourbée de façon à remonter l’extrémité de1,25 m afin de garantir un accostage correct surchaque palée.L’aire de montage ayant une longueur de 75 m,trois tronçons du tablier pouvaient s’y trouver. Lerythme de montage et de poussage était calé sur21 m, de façon à ce que le dernier tronçon Npuisse être monté pendant que le tronçon précé-dent (N-1) était soudé et le tronçon (N-2) étaitpeint. Les zones de soudage et de mise en pein-ture ont été complètement protégées avec descloisons et des bâches provisoires amovibles.Toutes les trois semaines un poussage étaiteffectué ; il y en a eu 17 au total.A l’arrivée sur le site, les tronçons ont été montésavec deux grues mobiles de 120 à 200 tonnes enutilisant des échafaudages. Les tronçons étaientmunis de pièces de connexion boulonnées(clames) lors du montage. Ces pièces servaient àassembler tous les éléments entre eux comme aumontage à blanc, pour ensuite permettre le sou-dage. Pour décharger et hisser les pièces, elles ontégalement été munies d’oreilles de levage. Ces

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Vue générale pendant le poussage.

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Montage des tronçons sur site.

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L’avant-bec passe au-dessus des branches d’un tripode.

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oreilles ainsi que les clames ont été découpées etenlevées après le soudage des pièces.Pendant le poussage, le tablier a été supporté surl’aire de montage et sur chaque palée provisoiredans l’axe des âmes principales. Sur l’aire de montage, le tablier était posé surquatre appuis fixés sur sa semelle inférieure. Ilsglissaient sur deux longrines en béton à l’inter-face d’appuis en néoprène fretté. Le dessous desappuis fixés au tablier a été équipé d’une tôlemince en acier inoxydable et le dessus des blocsnéoprène comportait une feuille de téflon afinde garantir un coefficient de frottement minimal(1 à 4 %) pendant le poussage.Chaque palée provisoire était composée de quatrepiles (profilé CHS 700 x 18 acier S460) et de deuxpoutres longitudinales. Sur chaque poutre longi-tudinale, une âme était supportée par deux appuisfixes distants de 4,2 m (8,4 m sur une des sixpalées). Ces appuis, appelés des balançoires, pou-vaient s’adapter à l’inclinaison longitudinale dutablier puisqu’ils étaient placés sur des selles sphé-riques permettant la rotation. La réaction maxi-male de 600 tonnes sur une balançoire étaitrépartie sur une aire de 100 mm de largeur et de2000 mm de longueur pour garantir une pressionde contact maximale de 3 kN/cm

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. Six séries de12 ressorts placés en tête des balançoires garan-

tissaient que cette pression était répartie d’unemanière uniforme sur toute la zone de contact.Pour répartir enfin la réaction totale par palée etpar âme au même degré sur chaque balançoire,celles-ci étaient placées sur deux vérins de300 tonnes. Les quatre vérins qui supportaient lesdeux balançoires sur la même âme sur la mêmepalée étaient connectés à une centrale hydrau-lique de façon à pouvoir être réglés d’une manièreindépendante. Chaque vérin était équipé d’unecalotte (en haut), d’un écrou de sécurité et d’unmanomètre. La calotte permettait le balancementdu dispositif, l’écrou garantissait la sécurité en casd’urgence (fuite dans une conduite hydrauliquepar exemple) et était normalement réglé à 1 à2 mm et le manomètre permettait de vérifier lapression et donc la réaction réelle sur chaquevérin. Le nombre des ressorts placés en tête per-mettait aussi un tassement différentiel de 15 mmentre les deux balançoires. La différence de con-treflèche verticale au droit des deux âmesrésultant de la contreflèche de torsion était reprisepar la course des vérins.

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Palée provisoire : coupe transversale

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Palée provisoire avec balançoire.

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Balançoire.

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Installation de poussage.

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Le poussage a été effectué par quatre vérinsd’une course de 800 mm et d’une capacité de75 t chacun. Ces vérins s’appuyaient sur des tôlesmétalliques noyées dans les longrines de béton,par l’intermédiaire d’axes de blocage. L’effort depoussage était transmis au tablier par un joug depoussage qui était connecté à l’extrémité dutablier, tout en permettant les déformationspendant le poussage.Le tablier a été lancé sur 436 m, dont 378 m ontété poussés et le reste tiré. En effet à la fin dudernier poussage, l’arrière du tablier a quittél’aire de montage ; les derniers 58 m devaientamener le tablier à sa place finale libérant ainsi lazone entre la culée C0 et la pile-culée PC3 où lepont de rive côté sud (en béton) était alors misen place. Pour franchir ces derniers 58 m, le sys-tème de poussage a été remplacé par un systèmede tirage, à l’aide de deux vérins de tirage avecdes torons, qui ont été appuyés sur la premièrepalée PC3. Un arrière-bec de 5 m de longueur agaranti que le tablier quittait la zone de montageen prenant sa déformation propre.Avant d’arriver sur la culée côté nord, l’avant-beca été démonté avec une grue mobile. Pendant lesderniers mètres du lançage, cette extrémité dutablier a été remontée à l’aide d’une dernièrepalée provisoire équipée de vérins auto-grim-pants.Pendant le poussage et le tirage, le tablier étaittoujours guidé et tenu dans le sens longitudinalet transversal.

A la fin du lançage, la palée centrale du tablier aété remontée de 15 cm pour permettre le mon-tage de l’arc dans des conditions géomé-triquement correctes.

La mise en place de l’arc et des 58 suspentes

Les amorces de l’arc étaient déjà en place et lemontage consistait à placer deux pièces de 50 met 120 tonnes. Ces deux pièces ont été mises sur

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De gauche à droite :– Système de tirage.– L’arrière-bec.– Pendant le poussage, les 2 tronçons d’arc étaient placés sur le tablier.

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Montage du premier tronçon d’arc.

n Montage de l’arc.

n Vue générale après le montage de l’arc.

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le tablier pendant le poussage. L’arc a été montéà l’aide de grues circulant sur le tablier. L’arc a étésupporté au milieu par une palée de 30 m dehauteur montée dans la Loire. Après le réglage, lesoudage a été attaqué. En même temps, les six moignons, suspendus autablier pendant le poussage, ont été mis en placeet réglés pour permettre le raccordement exactavec les six branches des deux tripodes.Après le soudage de l’arc, les 28 suspentes princi-pales (côté chaussée) ont été mises en place ettendues avec un effort de traction de 42 tonnes.Pendant cette opération l’arc s’est redressé et alibéré sa palée de support. La contreflèche hori-zontale disparaissait en grande partie, l’arc étantplan sous l’effet des charges permanentes.Ensuite, les 28 suspentes secondaires (côté trot-toir) ont été réglées en longueur et mises enplace sans effort.L’appui central a été effacé provoquant la miseen tension des suspentes et la mise en tractiondu tablier qui travaille en tirant du bow-string.Après vérification des niveaux des branches et dela géométrie de l’ouvrage, la mise en place desappareils d’appui sur les tripodes et sur les culéespouvaient avoir lieu. Une fois que les six appareils d’appui sur lesbranches ont été scellés, la descente sur les tri-podes a alors été effectuée. La contreflèche res-tante a complètement disparu pendant cetteopération.

7. Avancement des travauxAprès les terrassements nécessaires à l’exécu-tion des appuis en Loire (palées provisoires ettripodes), l’entreprise Chantiers Modernes aprocédé à la réalisation des fondations del’ouvrage. Les injections des massifs des tri-podes et celles préalables à l’exécution despieux ont été sous-traitées au groupementSolétanche-Bachy/Balineau.

N Pendant le poussage, les moignons étaient suspendus au tablier.

Ouvrages marquants

N La stabilité de l’arc est assurée par les 2 rangées de suspentes en V inversé.

NN Vue générale après le montage des suspentes.

N L’arc traverse le tablier pour transmettre ses efforts aux tripodes.

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Ces travaux se sont poursuivis par la réalisationdes tripodes dont le premier s’est terminé dans ladeuxième quinzaine du mois d’août 1999 (tri-pode P4 au sud) et le deuxième fin octobre 1999.L’activité de génie civil s’est alors concentrée surla rive Nord avec notamment la pile-culée PC 6et le tablier, bétonné au début du mois de février2000.L’assemblage sur site du tablier métallique adébuté quant à lui au début du mois de mars1999 et s’est achevé à la fin du mois de mars2000 avec l’arrivée sur la pile-culée PC6.L’entreprise Victor Buyck a alors procédé aumontage de l’arc et des suspentes et à la mise enœuvre de la couche de peinture de finition, etChantiers Modernes a terminé les ouvrages Sud,notamment le tablier d’accès en béton, et mis en

œuvre une première partie des équipements surouvrage.Après la pose du tablier métallique sur les tri-podes en juin 2000, la pose des équipement sepoursuivra et l’entreprise LESENS pourra ensuiteinstaller l’éclairage de l’ouvrage, travaux dévoluspar un marché séparé.Le nouveau pont sera ainsi terminé en septembre2000, réalisé conformément au choix de l’archi-tecte “ ouvert comme un livre sur la villed’Orléans, avec l’arc incliné et son tablier engradin ”.

Alexis BOURRAT, Jean-Bernard DATRY,Wim HOECKMAN, James LEFÈVRE ■

• Longueur totale : 470,60 m• Longueur de l’ouvrage en acier : 378,00 m• Largeur du tablier : 25,74 m• Poids d’acier : 5 380 t• Poids d’acier au m2 de tablier : 590 kg• Volume de béton : 9 800 m3• Coût des travaux : 183 MF HT• Construction : 1998-2000• Maître d’Ouvrage : Communauté de Communes de l’Agglomération Orléanaise

• Maître d’Œuvre des études et concepteur : – Santiago Calatrava (architecte ingénieur) – SETEC (BET et mandataire du groupement) – Signes (paysagiste)

• Maître d’Œuvre des travaux :D.D.E. du Loiret, Orléans

• Entreprises :— génie civil : Chantiers Modernes— construction métallique : Victor Buyck Steel Construction, Eeklo (Belgique), Eiffel, Lauterbourg (France)

Pont Ouest sur la Loire

Alexis BOURRATAgence CALATRAVA – VALLS

Jean-Bernard DATRYSETEC – TPITel : 01 40 04 69 44

Wim HOECKMANVictor Buyck Steel ConstructionTel : 00 32 9 376 22 11

James LEFEVREIDTPE – DDE du Loiret

Tel : 02 38 22 64 32

n Vue générale après achèvement de la construction métallique.


Passage à l'Euro pour le second viaduc de Pont-Salomon

Le second viaduc de Pont-Salomon, sur la RN88,en Haute-Loire, est le premier pont construit enFrance conçu et calculé sur la base des projetsd'Eurocodes 1 et 2. Ce premier article présenteles principales caractéristiques de l'ouvrage et lespoints les plus intéressants de sa construction.Un second article, publié dans le prochainnuméro du Bulletin Ouvrages d'Art, présenterade manière plus détaillée l'influence des Euro-codes 1 et 2 sur la conception et le calcul de cetouvrage.

1. La RN 88 et le premier viaduc

■ GénéralitésL’aménagement à 2x2 voies de la route nationale88 reliant Lyon à Toulouse constitue un enjeumajeur pour le développement du départementde la Haute-Loire. Classée grande liaison del’aménagement du territoire, cette opérationnécessite le doublement de viaducs très impor-tants. Parmi ceux-ci figure le doublement duviaduc de la commune de Pont-Salomon qui doitson nom très probablement à sa situation privi-légiée sur la route du Sel.

■ Le premier viaducLe premier viaduc a été construit de 1978 à 1981par l'entreprise GFC.D'une longueur totale de 500 m, il comportesept travées courantes de 70m et deux travées derive de 40 m. Son tablier est un caisson en bétonprécontraint de 10,50 m de largeur totale, dehauteur variable paraboliquement entre 4,50 met 1,80 m, avec deux âmes verticales de 40 cmd'épaisseur. Précontraint par des câbles 12T15Stous intérieurs au béton, il a été construit parencorbellements successifs, avec des voussoirspréfabriqués posés à la poutre de lancement.Les piles comportent des fûts rectangulairescreux, surmontés d'un chevêtre en béton armé,et sont fondées superficiellement. Les deuxculées sont des culées remblayées, égalementfondées superficiellement. Les appareils d'appuisont en élastomère fretté, avec une capacitécomprise entre 400 et 1000 tonnes.

2. Le nouveau viaduc

■ Le cahier des charges fonctionnelLe profil en travers fonctionnel du nouveauviaduc comporte deux voies de circulation de3,50 m, une bande dérasée de gauche de 0,75 met une bande d'arrêt d'urgence de 2m, le toutétant déversé à 2,5 %. Son tracé en plan et sonprofil en long sont déduits de ceux du viaducexistant.

■ La philosophie de la conceptionLe premier ouvrage s’insérant parfaitement dansle site, le nouvel ouvrage a été conçu par le CETEde Lyon, le SETRA et l’architecte Charles Lavignepour offrir un aspect aussi proche que possiblede celui présenté par le premier viaduc. Il n'estcependant pas rigoureusement identique au pre-mier, comme nous allons le voir maintenant.

■ La conception du viaduc au stade du POA

Compte tenu de la courbure en plan de la voieportée (680 m), la longueur des travées cou-rantes est de 68,82 m, au lieu de 70 m pourl'ouvrage existant. Compte tenu du biais deslignes de niveau sur le versant Est, la travée derive Est est également significativement pluslongue que celle du pont existant (52,61 m aulieu de 40 m). Au total, le nouvel ouvrage estainsi plus long de 5 m que le premier (505 m aulieu de 500 m).Transversalement, le tablier du nouvel ouvrageest un peu plus large que l'ouvrage existant(10,97 m au lieu de 10,50 m). Cette surlargeur est

N Le premier ouvrage.




entièrement reprise par les deux encorbelle-ments, l'entraxe des âmes devant être conservépour obtenir un fût de pile de même largeur. Letablier est également plus haut de 30 cm que lepremier. Pour des raisons esthétiques, cet épais-sissement s'effectue sur toute la longueur del'ouvrage et par le dessus. La précontrainte estmixte (câbles éclisses et câbles de fléaux de type9T15S intérieurs, câbles de continuité de type19T15S extérieurs), ce qui autorise des âmes de35cm d’épaisseur.Les appuis du nouveau pont présentent descaractéristiques très proches de celles des appuisde l'ouvrage existant. Les seules différencesnotables concernent les culées qui bénéficient dechambres de tirage permettant de changer sinécessaire les câbles extérieurs, les appareilsd’appui, désormais à pots, ainsi que les fonda-tions des piles P1 et P2. Pour ces deux appuis, lesubstratum étant plus bas que les semelles del'ouvrage existant, des puits marocains ont dûêtre prévus.Les superstructures prévues sur le tablier del'ouvrage sont classiques : étanchéité principalede type feuille préfabriquée avec revêtement enasphalte, barrières BN4, corniche-caniveau enbéton armé, étanchéité latérale par résine pro-jetée à chaud, etc...

■ La conception du viaduc au stade du DCE

Après mise au point du dossier de POA sur labase des règlements français en vigueur (fasci-cule 61 titre II et BPEL91), le SETRA a engagé unesérie de calculs en flexions longitudinale ettransversale basés cette fois-ci sur les projetsd'Eurocode 1 et 2. Ces calculs n'ayant mis envaleur que des différences minimes limitées aunombre des câbles éclisses, le DCE a été lancé encontractualisant dans le CCAP et le CCTP les pro-jets d'Eurocodes 1 et 2 qui avaient servi à établirle projet.

3. La dévolution des travauxLes travaux ont fait l’objet d’un appel d’offresrestreint au niveau européen en 1997.Le règlement de la consultation autorisait lesentreprises à présenter des variantes limitées auxpoints suivants :• coffrage intérieur du caisson,• précontrainte et découpage en voussoirs du

tablier,• phasage détaillé de construction,• batardage des fondations des piles P3 et P4,

pour lesquelles des venues d’eau importantesavaient été décelées pendant la reconnais-sance géotechnique.

n Coupe longitudinale du second ouvrage.

n Coupe transversale courante.


Le délai d’exécution était en outre laissé à l’initia-tive des entreprises.

En avril 1998, après analyse des 13 offres reçues,la DDE de Haute-Loire, maître d’œuvre, a décidéde confier les travaux au groupement d’entre-prises GFC et SPIE CITRA, pour un montant de59,6 MFTTC et dans le délai de 20 mois proposépar ce groupement.

4. L'exécution des travaux

■ La période de préparationL’ordre de service de démarrer les travaux a étédélivré le 10 décembre 1998. Il a été suivi par unepériode de préparation de six mois qui a permis àEurope Etudes Gecti, au CETE de Lyon et auSETRA de mettre au point une bonne partie desnotes de calculs et plans d’exécution des appuis.Pendant cette période, il a aussi été procédé à denombreux essais de convenance sur les bétons eten particulier sur le béton B40GS du tablier etdes piles qui devait respecter de très nombreusesexigences (facteur d’espacement, écaillage, résis-tance au jeune âge, maintien de la rhéologie...)liées soit aux cadences de construction, soit auxconditions climatiques du site. Un demi-voussoird’essai a également été réalisé afin de vérifier laqualité des parements obtenus et de mettre aupoint la méthodologie de bétonnage des vous-soirs.

■ Les fondationsLes sept piles présentent des fondations diffé-rentes selon leur implantation dans la vallée dela Semène, un petit affluent de la Loire franchipar l’ouvrage.En rive droite de celle-ci, l’exécution des fonda-tions n’a pas posé de difficultés particulières. Lessemelles des piles P3 à P7 sont fondées sur lesubstratum rocheux par l’intermédiaire d’unmassif de gros béton dont l’épaisseur varie de2 m à 3,50 m. On note que l’exécution dessemelles de P3 et P4 a nécessité la réalisation debatardeaux en palplanches de module L4S, celui-ci étant justifié par les moyens de battage mis enœuvre pour l’ancrage dans le rocher sain.En revanche, la réalisation des terrassements àl’explosif des puits marocains des piles P1 et P2 aimposé de nombreuses précautions du fait de laproximité du premier viaduc et de celle d’une

voie ferrée. Des tirs d’essais et une instrumenta-tion de ces ouvrages ont notamment dû êtreréalisés pour optimiser les charges d’explosifs etle plan de tir, tout en garantissant des fré-quences et des amplitudes de vibration accepta-bles par les infrastructures existantes.

■ Les fûts de pilesComposés de voiles plans de 40 cm d’épaisseur,les fûts de pile présentent une longueur de5,60 m et une largeur de 3,60 m, pour une hau-teur maximale de 45 m. Ils ont été réalisés parlevées successives de 3,55 m de hauteur, à l’aided’un outil coffrant composé de :— quatre faces extérieures métalliques grim-

pantes, raidies par des cerces extérieures enPRS (profilé reconstitué soudé) reprenant lapoussée du béton frais,

— un noyau intérieur monobloc, auto-rétrac-table lors du levage, capable de s’élever auto-matiquement au niveau supérieur grâce à unsystème de clapets.

Grâce à cet outil et à la préfabrication des cagesd’armatures, une cadence d’une levée par jour a

N Réalisation d’un puit marocain à l’explosif.

N Vue générale de l’outil de coffrage des piles.




pu être respectée pendant toute la durée duchantier. L’outil a permis également d’affranchirles parements des habituels trous des tiges decoffrage, ces tiges étant remplacées par lescerces métalliques déjà citées.Au sommet des piles, l’utilisation de prédalles pourcoffrer la sous-face des chevêtres a permis d’éviterun outil spécifique pour cette partie d’ouvrage.Cette disposition a également permis de sup-primer les réservations nécessaires pour extraireces éléments coffrants, réservations par ailleursbien visibles sur le premier viaduc de 1978.

■ Le tablierLes voussoirs sur pile ont été exécutés grâce à unoutil posé sur une plate-forme conçue spécifi-quement pour le chantier et ancrés en quatrepoints dans les têtes de pile. Cet outil permettaitnotamment de prendre en compte la forte varia-tion des pentes des hourdis inférieur et supérieurdue au profil en long parabolique de l’ouvrage.Longs de 9 m, ces voussoirs ont été coulés endeux phases, la reprise de bétonnage étant réa-lisée avec beaucoup de soin afin de préserverl’aspect général de l’ouvrage.Chaque voussoir sur pile a ensuite été cloué sursa pile. A l’origine, le groupement d’entreprisesavait prévu de réaliser ce clouage par des barresde précontrainte traversant le voussoir sur pile etle chevêtre, plus simples à réutiliser que descâbles. Ce système fut toutefois abandonné etremplacé dès le premier fléau par douze câblesde précontrainte 7T15S, beaucoup plus adaptéspour suivre les légères déformations imposéesaux gaines par la traversée des nombreux litshorizontaux d’armatures prévues dans les chevê-tres et les entretoises sur piles.De manière très classique, les voussoirs sur pilesreposaient pendant toute la phase de construc-tion du fléau sur des cales en béton posées surdes boîtes à sable métalliques. Après clavage dufléau N au fléau N-1 et matage des appareilsd’appui à pot de la pile N, le tablier était transférésur ses appuis définitifs par ouverture des boîteset soufflage du sable. On notera qu’afin d’éviterles fuites de sable sous l’effet du pistonnement,chaque cale a été coffrée par la boite à sable àlaquelle elle était associée.Le délai tendu de réalisation de l’ouvrage (20 moisdont seulement 14 de travaux) a nécessité la cons-truction de deux paires d’équipages mobiles de type“par en-dessous”. Compte tenu des accidents sur-venus récemment avec ce type d’outils, la maîtrised’œuvre a procédé à de nombreuses vérificationsen usine des principaux éléments porteurs de ceséquipages, au titre du contrôle extérieur desouvrages provisoires de première catégorie. En susdu contrôle interne effectué par l’entreprise, desessais de chargement ainsi que des contrôles descordons de soudure ont conditionné l’autorisationde livraison des équipages sur le chantier.D’une longueur unitaire de 3,53 m, les voussoirscourants ont été coulés suivant un cycle moyende trois jours. Pour tenir cette cadence, une résis-tance minimale de 20MPa était requise à

n Détail du noyau intérieur articulé du coffrage des piles.

n Cale de stabilité sur boîte à sable.

n Équipages mobiles par « en-dessous ».

n Montage à blanc d’un équipage mobile.


20 heures. Un dosage en ciment de 430 kg/m3,supérieur aux 410 kg/m3 minimaux imposés parle C.C.T.P., a permis de satisfaire cette exigence.La préfabrication des blocs d’about cylindriquesdes câbles de fléaux, au minimum un mois avantleur pose dans le ferraillage, a également con-tribué au bon enchaînement des cycles.D’une manière générale, l’exécution du tabliers’est déroulée sans problèmes majeurs. Le courtdélai d’exécution, la géométrie du tablier, la pré-sence de la voie ferrée passant entre les piles P1et P2 et, bien sûr, la proximité du viaduc existantont toutefois constitué pour le chantier des diffi-cultés récurrentes.

■ La précontrainteLa précontrainte intérieure est composée decâbles 9T15S, comme prévu par le projet de base.Cette unité n’existant pas dans le procédé SEEEcommercialisé par GTM, ce fabricant a fait uneoffre dérivée de son procédé FUT 12T15S(9 torons, plaques de 12T15S avec 9 trous, vérinsde 12T15S...). Après consultation de la Commis-sion Interministérielle de la Précontrainte (CIP),cette proposition a été acceptée par la maîtrised’œuvre.La précontrainte extérieure est composée decâbles 19T15S, également du procédé SEEE, et degaines en PEHD. Cette précontrainte est bien sûrdémontable.L’ensemble des injections a été fait avec le coulis“Superstressem”. Ce coulis étant titulaire d’unavis technique favorable du LCPC, les épreuvesde convenance ont été réduites au minimum.

■ Les engins de levageLa réalisation en 14 mois seulement du géniecivil de l’ouvrage et la morphologie de la valléede la Semène ont nécessité l’installation de cinqgrues à tour. L’une d’entre elles a été équipéed’une cabine ascensionnelle à positionnementvariable. Ce système, expérimenté pour la pre-mière fois en France mais déjà utilisé en Suèdedepuis plusieurs années, permet au grutierd’accéder sans effort en tout point de la maturede la grue. Il lui permet également de choisir sahauteur de travail, ce qui améliore la précisiondes manoeuvres et la communication avec lesagents au sol.

■ Autres travauxLa mise en service du nouveau viaduc est prévueau début du mois de juillet 2000. Elle sera suivied’une remise à niveau des superstructures del’ancien viaduc (reprise des zones de bétondégradées, pose d’un collecteur en PEHD sous lesgargouilles, reprise des barrières de sécurité enalliage d’aluminium, etc…).

L’ensemble de la section devrait être mis en ser-vice d’ici la fin de l’année 2000.

Frédéric DALLOT, Vincent DEWILDE,Daniel de MATTEIS, Ferreydoun TAVAKOLI ■

N Blocs d’about préfabriqués cylindriques.

N Cabine ascensionnelle expérimentale.

N L’ouvrage après doublement.

Frédéric DALLOTEntreprise GFCTel : 04 72 81 18 18

Vincent DEWILDEITPE – DDE de la Haute LoireTel : 04 71 05 83 84

Daniel de MATTEISIDTPE – DGOSETRA – CTOATel : 01 46 11 32 12

Ferreydoun TAVAKOLIIngénieur - CETE LYONTel : 04 74 27 53 84



Conseils pour la vérification des armatures passives dans les projets de renforcement d’ouvrages avec des matériaux

Conseils pour la vérification des armatures passives dans les projets de renforcement d’ouvrages avec des matériaux composites

Le renforcement d'un ouvrage en béton armé oubéton précontraint avec des matériaux compo-sites (tissus ou plaques rigides) doit être justifiévis-à-vis des ELS et des ELU, outre les justifica-tions particulières de longueur d'ancrage, derupture à l'interface béton / matériau compositeet de rupture dans le béton d'enrobage en zonetendue. Certains projets de réparation ontmontré qu'il n'était pas possible de satisfaireéconomiquement, dans les armatures passives,les contraintes limites du BAEL en cas de fissura-tion préjudiciable ou très préjudiciable mais éga-lement en cas de fissuration peu préjudiciable,où il est souhaitable de limiter les contraintesdans ces armatures à une valeur raisonnable de280 à 300 MPa, pour éviter une fissurationexcessive (ce peut être le cas des sections rectan-gulaires dimensionnées au plus juste à l'ELU).Des recommandations de calcul, actuellement encours de rédaction par un groupe de travail del'AFGC, pourraient être disponibles courant 2001.Dans l'attente de ces prescriptions, le présentarticle permet de faire le point sur la possibilitéde relever les limites de contraintes ELS dans lecas des réparations avec des matériaux compo-sites. Certains points sur l'exécution y sont aussitraités.

Dans le BAEL, les raisons de la limitation des con-traintes de traction des armatures de béton arméprévues sont les suivantes :— au droit des fissures, il y a une surtension

locale dans l’armature de béton armé quipeut entraîner des déformations plastiquesbien que les contraintes moyennes calculéesrestent inférieures à fe,

— une contrainte trop importante dans lesaciers entraîne une ouverture de fissure quipeut diminuer la durabilité de l'ouvrage parcorrosion notamment,

— sous charges répétées, si l'acier est soumis àune contrainte proche de la limite élastique àchaque cycle, l'armature peut casser parfatigue oligocyclique (ceci est exclu si l'ELSrare seul est considéré).

Dans le cas particulier du renforcement parmatériaux composites, il est possible de releverces limites de contraintes admissibles pour lesraisons suivantes issues des observations expéri-mentales :— en présence d'un renforcement par matériaux

composites, la fissuration est mieux répartie,ce qui entraîne que :

• les fissures sont moins ouvertes et les surcon-traintes au droit des fissures sont donc moinsimportantes,

• les fissures étant moins ouvertes, il y a moinsde risques en ce qui concerne la corrosion ;

— par ailleurs, si le matériau composite recouvrecomplètement le béton dans la zone tendue,il apporte une certaine protection et la fissu-ration ne devrait plus être considérée commepréjudiciable.

Les essais étant effectués, en nombre limité, surdes éléments de petites dimensions, le faiblerecul sur le comportement dans le temps de cestypes de réparations doit inciter les ingénieurs àla prudence, notamment en n'augmentant pastrop la contrainte limite ; en effet, la fréquenceet l'importance des chargements pourraiententraîner des phénomènes de fatigue et obliger àdes réparations "au carré".

Dans l'état actuel des connaissances, nous pro-posons donc trois approches :— faire un calcul d'ouverture de fissures, en

limitant, pour la fissuration préjudiciable(couverture non complète de la partie tenduepar du composite) une ouverture maximumde 0,3 mm en BA, 0,2 mm en BP, et 0,4 mmdans les autres cas (fissuration non préjudi-ciable) ; ces valeurs d’ouverture de fissuressont issues des Eurocodes. Dans cetteapproche, on peut augmenter la limite decontrainte dans les aciers au delà de 0,8 fesans pour autant les plastifier. Une valeur de0,95 fe pourrait être retenue en premièreapproximation. Toutefois, dans le cas de char-gements cycliques répétés pouvant entraîner



de la fatigue, la contrainte ne devra pasdépasser 0,8 fe dans ces cas de chargements.

— ne pas faire de calcul d'ouverture de fissuresmais limiter la traction des aciers à 0,8 fe.

— négliger la contribution des aciers passifs àl'ELS.

Dans tous les cas, on devra également s'assurerque la structure réparée ne présente pas d'insuf-fisance vis-à-vis de la fragilité en vérifiant que sarésistance ultime est au moins supérieure à larésistance à la fissuration avec un coefficient desécurité suffisant.

En outre, pour les poutres, le matériau compositedevra remonter sur les âmes de façon à coudre

une éventuelle rupture dans la couche de bétond'enrobage tout en enrobant correctement "lasection d'enrobage" des armatures de bétonarmé.

Enfin, avant toute réparation, des vérificationsindispensables seront à faire (profondeur de car-bonatation, teneur en chlorures, mesure dupotentiel, examen visuel) afin de s’assurer que lesarmatures ne sont pas soumises au développe-ment d'une corrosion généralisée qui risqued'entraîner la délamination du béton d'enrobageet rendre la réparation inefficace.

Daniel POINEAU, Frédéric LEGERON,Emmanuel BOUCHON ■


Daniel POINEAUIDTPE-CA – DGOSETRA CTOATel : 01 46 11 32 82

Frédéric LEGERONITPE – DGOSETRA CTOATel : 01 46 11 35 66

Emmanuel BOUCHONICPC Chef de la DGOSETRA CTOATel : 01 46 11 32 80


Le nouveau pont Ouest à Orléans

Le nouveau pont Ouest à OrléansLes études de conception

Le nouveau Pont Ouest à Orléans, largementdécrit dans la rubrique “ Ouvrages marquants ”du présent Bulletin Ouvrages d’Art, a fait l’objetde calculs détaillés originaux lors de sa concep-tion peu classique souhaitée par l’équipe lau-réate du concours de maîtrise d’œuvre (SETEC TPI(BET mandataire), Santiago Calatrava (architecteet ingénieur) et SIGNES (paysagiste)).

Nous présentons donc, dans le présent article, lesétudes particulières liées à la conception de cetouvrage.

1. La modélisation PythagoreLe modèle de calcul a été réalisé avec le pro-gramme Pythagore de SETEC-TPI. Il a été choiside réaliser un modèle “ le plus simple possible ”compte tenu du comportement mécaniquecomplexe de l’ouvrage.

■ 1.1. Eléments du modèle Le tablier est représenté par une file longitudi-nale d’éléments, définis géométriquement à l’axede la chaussée, mais ces éléments utilisés offrentla possibilité de décaler les fibres des centresd’inertie et des centres de cisaillement. Ces deuxdernières fibres sont donc à leur position géomé-trique exacte. La définition des sections et lecalcul de leurs caractéristiques a pour sa part faitl’objet d’un travail soigné, qui a suivi les évolu-tions au fur et à mesure des études d’exécutionréalisées par le bureau d’études Greisch. A cettefile d’éléments ont été liées une file reliant les

centres de gravité des corniches aval et uneautre au centre du trottoir Ouest, pour des rai-sons pratiques tenant aux chargements automa-tiques de ces lignes courbes.L’arc est représenté par des éléments joignantdes nœuds situés sur sa fibre moyenne. Desliaisons évolutives ont été introduites au droitdes raccords de montage pour représenter con-venablement les phases de sa mise en place. Cetarc est lié au tablier par des “ éléments indéfor-mables ”, qui se traduisent au plan informatiquepar le fait que les déplacements des nœuds denaissance d’arc sont une combinaison linéairedes déplacements des nœuds du tablier. Lesnœuds correspondants du tablier ont été choisisà l’intersection de la fibre moyenne de l’arc et duplan contenant les axes principaux d’inertie dutablier.Des éléments de poutre au comportement vis-coélastique linéaire conforme aux lois de fluagedécrites au BPEL représentent le comportementdes branches. Les appuis du tablier sont desliaisons laissant indépendants les degrés deliberté de rotation mais liant rigidement lesdegrés de libertés de translation. Des élémentsde grande raideur lient ces appuis à la fibremoyenne du tablier.

■ 1.2. Caractéristiques des sections Des sections “ types ” du tablier et de l’arc sontreprésentées ci-après.Elles mettent en évidence l’inclinaison des axesprincipaux d’inertie, et les décalages entre lescentres d’inertie et les centres de cisaillement.Ces modèles de section ont été reproduits àchaque changement d’épaisseur ou de largeurdu tablier, pour assurer une bonne représenta-tion des courbures des lignes des centres de tor-sion et de gravité.

N Vue d'ensemble du modèle.

N Détail de l’extrémité du caisson.



■ 1.3. Charges permanentes L’un des objectifs de ce modèle étant la repré-sentation convenable des caractéristiques dyna-miques de l’ouvrage, notamment en torsion, uneattention particulière a été apportée à ladéfinition des charges permanentes, celles-ciservant ensuite à l’assemblage de la matrice demasse. En particulier le calcul de la position desdivers éléments des superstructures et l’évalua-tion de leurs inerties massiques ont éténécessaires. Le pré-processeur de section du programme adonc été utile, particulièrement pour la “ ban-quette ” en béton séparant le trottoir côté avalde la chaussée. En effet cette “ banquette ” estde largeur variable, et d’une géométrie spatialerelativement complexe.La mise au point d’un module de générationautomatique de fichiers Autocad DXF présentanttous les contours des éléments et des massesadditionnelles a été également très utile pour lesvérifications de position, de forme et d’orienta-tion des différents éléments.

2. Le phasage de constructionLa prise en compte détaillée du phasage de cons-truction est indispensable pour connaître étapepar étape le comportement de la structure. Leprogramme Pythagore permet le calcul automa-tique et chaîné des différentes phases, en tenantcompte au fil du temps du fluage des piles tri-podes. Le phasage pris en compte a été actualiséen fonction de la mise à jour des plannings del’entreprise.L’étude de sol et les calculs aux éléments finisréalisés par la société SIMECSOL ont permis

d’estimer des matrices de raideur des fondationset d'en déduire l'influence de la souplesse desfondations. Des estimations hautes et basses ontété fournies. Les estimations hautes n’ont pas étéutilisées pour ce calcul, car elles ont été rempla-cées par une condition d’encastrement parfaitdu socle de fondation. Les estimations basses ontété utilisées à titre de comparaison.

Influence sur les réactions d’appui :Les calculs menés ont montré qu’un assouplisse-ment des fondations conduit à une diminutionde 20% des efforts de poussée. D’une manièregénérale, l’assouplissement des fondations con-duit à des réductions d’effort dans les parties lesplus sensibles de la structure.

n Modélisation de la section de tablier et de la section de l'arc

N Déformées de la structure aux différentes étapes de construction.




Influence sur les déplacements :Les déplacements sous charges permanentesà mi-travée, au temps infini, au droit de la cor-n i c h e a m o n t ( q u i c u m u l e d o n c l e sdéplacements de torsion et de flexion) sont de42 cm vers le bas dans l’hypothèse “ fondationssouples ” et 39 cm dans l’hypothèse “ fonda-tions raides ”. Cette différence minime cachedes répartitions assez différentes des contribu-tions de la flexion et de la torsion. En effet, dansle cas “ fondations souples ” la ligne de centrede la chaussée se déplace de 26 cm, contre21 cm dans le cas des fondations raides. La sou-plesse des fondations contribue donc à aug-menter les déplacements de flexion et àdiminuer les rotations des sections du tablier.

3. Le fonctionnement mécanique de l'ouvrage

■ 3.1. Fonctionnement “en élévation” Le schéma statique de l’ouvrage est fortementinfluencé par le phasage de construction. Deuxphases sont essentielles à sa compréhension :

Matage des appuis :A cet instant l’ouvrage est sur palées provisoires.Ces palées ne bloquent pas d’efforts horizontauximportants, et, sous l’effet de la mise en tensiondes suspentes, l’ouvrage a presque décollé de sesappuis situés sous la grande travée (il ne restequ’une réaction d’appui de 88 t côté Est, et lecôté Ouest a décollé). Cette travée fonctionnedonc presque en bow-string, c’est à dire que lescomposantes horizontales des poussées de l’arcsont équilibrées par les tractions correspon-dantes dans le tablier. Ces composantes sont de1100 tonnes.

Retrait des palées provisoires :La mise en compression des branches entraîneune mise en compression globale du bow-string,de l’ordre de 450 t pour le tablier et 400 t pourl’arc. Inversement les parties de tablier situéesdans l’espace au dessus des piles tripodes sontfortement mises en traction.A l’issue de ces deux phases , la traction dans letablier est d’un peu moins de 600 t dans lagrande travée. Elle restera pratiquementinchangée (hors effets thermiques) au cours dela vie de l’ouvrage, les poussées supplémentaires

de l’arc étant transmises directement aux fonda-tions. La compression de l’arc augmenteraensuite lors de a mise en place des superstruc-tures jusqu’à 2200 t (composante horizontale).Cet effort sera décomposé en 1600 t de réactiond’appui horizontale, et 600 t de traction dans letablier.Pour tous les chargements ultérieurs, sauf leschargements thermiques, l’ouvrage se comportecomme un tablier à arc supérieur, dont lespoussées sont transmises aux fondations (et nonpas au tablier comme pour un bow-string).

■ 3.2. Fonctionnement en torsion Le tablier de l’ouvrage est porté principalementpar une nappe de suspentes ancrée à 5 m ducentre de masse du tablier, et à 7 m de l’axe deschaussées. La reprise des charges permanentesdu tablier génère donc un couple de torsionréparti égal au produit de ce décalage du centrede masse par la charge appliquée. Ce couple detorsion est repris par le seul caisson du tablier,encastré à la torsion sur les piles tripodes dis-tantes de 200 m. La capacité du tablier à résisteraux efforts de torsion, notamment sous l’effetdes charges permanentes, est donc un élémentclé de son dimensionnement. Par ailleurs lesdéformations permanentes engendrées par cecouple de torsion doivent être compensés pardes contrefléches.Une des principales originalités de cet ouvrage,sur le plan mécanique, provient donc de soncomportement à la torsion, principalement souscharges permanentes.D’autre part l’examen de la section transversalecourante du tablier, fortement dissymétrique,fait apparaître un décalage transversal importantdu centre de cisaillement par rapport au centred’inertie de la section, caractéristique assez rarepour les ouvrages en caisson, et qui doit impéra-tivement être prise en compte dans les calculsgénéraux de structure.

■ 3.3. Fonctionnement en plan L’inclinaison du système de suspension du tabliera pour conséquence l’existence de forcesinternes horizontales perpendiculaires à l’axe del’ouvrage (notamment la composante horizon-tale de la tension dans les suspentes), même sousle seul effet d’un chargement vertical, et y com-pris sous charges permanentes.


Le tablier est donc soumis, comme conséquenceindirecte des charges verticales qui lui sontappliquées, à une flexion d’axe vertical.Jusqu’à la phase de blocage transversal desappuis sur culées, cette flexion a pour consé-quence des déplacements transversaux despoints d’appui correspondants, et une flexion desbranches des piles tripodes. Les déplacements enquestion sont importants (jusqu’à 17cm) et doi-vent être compensées par des contrefléches. Lors des phases ultérieures, les déplacementstransversaux sur culées sont bloqués, et ce blo-cage engendre des réactions d’appuis transver-sales différentielles entre les fondations des pilestripodes et les appuis sur culées. Ces réactionsont pour origine d’une part les efforts verticauxde service, d’autre part les effets du fluage desbranches des piles tripodes.

4. Les calculs en grands déplacements

■ 4.1. Introduction Compte tenu des efforts normaux très impor-tants et de l’élancement de l’arc, les calculs tradi-tionnels selon les lois de le Résistance desMatériaux devaient être complétés pourrépondre aux questions suivantes :— Y a-t-il risque d’instabilité élastique

d’ensemble de la structure ?— Le comportement RDM, même en l’absence

d’instabilité, est-il représentatif du comporte-ment réel de la structure ?

La seconde question se pose notamment dans lescas où des déplacements importants sontattendus, en particulier pour les cas de ruptureaccidentelle de suspentes (ELU accidentel).

■ 4.2. Détection des instabilités élastiquesLes modes de flambement sont obtenus par larecherche des valeurs propres λ telles quedet(K + λG) = 0, où K est la matrice de raideur dela structure et G la “ matrice géométrique ” per-mettant de tenir compte du travail des effortsnormaux au cours des déplacements des nœudsde la structure.Cette matrice G dépend linéairement des effortsnormaux dans les éléments. Elle est donc fonc-tion du cas de charge considéré. Ainsi si pour undéplacement élémentaire donné D on a :(K + G) x D = 0, ce qui signifie que le travail des

forces élastiques est juste annulé par le travaildes efforts normaux dans ce déplacement. Cedéplacement se produit donc à énergie nulle.Aucune force élastique ne “résiste” au déplace-ment. Rien ne s’oppose au mouvement. C’est uneinstabilité.La valeur propre λ représente alors “la valeur parlaquelle on devrait multiplier tous les effortsnormaux” pour avoir un flambement d’Euler, ou,ce qui revient au même, “la valeur par laquelle ondevrait diviser tous les modules d’élasticité”. Levecteur propre associé est appelé “mode deflambement” de la structure.

Il va de soi que seules les plus petites valeurs de λnous intéressent. Elles nous donnent une indica-tion sur “l’éloignement” des phénomènes deflambement vis-à-vis du cas de charge choisi.On considère ainsi généralement que si les étatslimites de service ont tous un λ > 3, les risquesd’instabilité sont très réduits. Dans le cas con-traire un calcul complet en grands déplacementsest nécessaire à l’état limite ultime.Le mode de flambement nous renseigneainsi sur le type d’instabilité à attendre.Dans le cas d’une structure au com-portement funiculaire, il sert éga-lement à produi re une“déformée initiale” pourles calculs en grandsdéplacements.Dans le cas du pont d’Orléans, nous avons calculéces valeurs et vecteurs propres pour le cas“charges permanentes seules au temps infini”.Les trois valeurs les plus basses sont respective-ment 3.43, 4.03, et 5.93. Ces valeurs étant calcu-lées sous charges permanentes, il est a peu prèscertain que pour un cas ELS au moins la valeur λest inférieure à 3, ce qui indique qu’un calcul engrands déplacements (non linéaire) doit doncêtre mené.

■ 4.3. Calculs en grands déplacementsCalculs phasés en cours de construction :Les calculs en grands déplacements (translationset rotations) permettent de s’assurer de l’équi-libre de la structure dans la géométrie déformée.Ils sont donc très sensibles à toute modificationde la géométrie. En particulier il est nécessaire,lorsqu’on fait un calcul en grands déplacements,de partir d’une géométrie contrefléchée. Adéfaut d’une définition convenable des contre-

N Second mode de flambement.




flèches, le calcul cherche l’équilibre dans un étatqui n’est pas celui de la structure. Ces contreflèches doivent être déterminées parun calcul décrivant les différentes phases de laconstruction, identique à celui présenté au para-g raphe 2 c i -des sus , ma i s en g randsdéplacements cette fois. La méthode de détermination des contreflèchesexactes en grands déplacements est la suivante :les contreflèches sont supposées dans un pre-mier temps prises opposées aux déplacementsdes nœuds du modèle ; le calcul est alors repris,

et les écarts obtenus en fin de calcul sont ajoutésaux contreflèches de la première phase.Le processus est répété autant de fois que néces-saire pour que la géométrie finale soit trèsproche de la géométrie désirée. L’expériencemontre que le processus converge rapidement(après 5 itérations les écarts sont inférieurs aumillimètre pour le tablier et à 5mm pour l’arc).

Le tableau ci-après compare les contreflèches obte-nues par le calcul en grands déplacements à cellesdonnées par le calcul traditionnel au 1er ordre.

Calculs à l’état limite ultime :L’objectif de ce calcul étant de s’assurer de l’équi-libre de l’arc, on devra :— donner un “ défaut initial ” proportionnel au

premier mode de flambement,— rechercher le cas de charge ELU donnant les

efforts normaux les plus importants dans l’arc.

Cas de charge ELU : 1.35 G + 1.35 Tf + 1.6 A(l)où :

G = charges permanentesTf = variations fréquentes de température(l’élévation de température vaut 0.6*30°)A(l)= chargement routier et trottoirsréglementaire par lignes d’influence ; le casdéfavorable consiste à charger la grande travéeseule sur toute sa surface.

Ce cas de charge fait intervenir, contrairement àl’usage, les effets thermiques à l’état limite

ultime ; il a en effet été envisagé, en accord avecle SETRA, compte tenu de l’importance desefforts développés par les dilatations empêchéesde la structure. Il s’agit toutefois d’un cas trèspénalisant, puisque le moindre assouplissementpar plastification des fondations, des branchesou de la structure conduit à une disparitionimmédiate de ces efforts. Les résultats ont indiqué des différencesminimes entre les comportements linéaire etnon-linéaire.

Etude de stabilité élastique :A partir du cas de charge précédemment défini, ila été procédé à une augmentation progressivede la surcharge routière. Le graphique ci-aprèscompare les déplacements en clé d’arc obtenuspar le calcul au 1er ordre et par le calcul engrands déplacements, en fonction du coefficientmultiplicateur sur A(l).

Arc , contreflèche verticale maximale

Arc, contreflèche transversale maximale

Tablier, contreflèche verticale maximale

Tablier, contreflèche transversale maximale

Calcul RDM 0.41 0.113 0.215 0.172

Calcul en grands déplacements

0.38 0.170 0.216 0.168


On peut en tirer 2 conclusions :1 - contrairement à ce qui se produit pour un arcsimple, le “ flambement ” n’est pas un phénomènebrutal. Le comportement non linéaire est progressif.2 - des écarts très sensibles entre le comporte-ment linéaire et le comportement non-linéaireapparaissent bien avant la “ charge critique ”, cequi justifie la nécessité du calcul non-linéaire.Celui-ci montre toutefois qu’à l’état limite ultimeles effets des non-linéarités sont encore modérés.

Cas de ruptures de suspentes :Des cas de charges d’état limite ultime accidentelont été envisagés sous la forme de rupture de4 suspentes consécutives parmi les suspentes “côtéchaussée” qui sont proches des convois routiers,comme c’est l’usage pour les cas accidentels.Trois cas ont été envisagés, les suspentes conce-rnées étant au quart, au milieu ou aux troisquarts de la travée. Seul les résultats du premiercas sont présentés ici.

5. Les calculs de détailAfin de vérifier s’il était légitime, compte tenu desconditions d’appui et de la grande largeur dutablier, de continuer à appliquer les hypothèses deNavier et de procéder à un calcul “ à barres ”, leconcepteur a procédé à un calcul détaillé de l’envi-ronnement de la zone des tripodes. Le calcul a étéconduit à l’aide du logiciel Ansys. Il a été complétélors des études d’exécution par le bureau d’étudesGreisch, à l’aide du logiciel FinelGCe calcul avait pour but de modéliser :— le caisson et ses diaphragmes courants et

renforcés, notamment dans la zone desappuis,

— la transition entre le pied d’arc et l’arc, en par-ticulier dans sa traversée du caisson,

— l’attache de la tôle inférieure du caisson sur lepied d’arc.

Le gauchissement de la section reste faible et lecalcul classique à barre est largement validé endehors des zones d’appui sur les tripodes.

Cette étude a également permis de détermineravec précision les zones à renforcer, de vérifier lavalidité du dessin des raidisseurs prévus dans lazone des tripodes, de finaliser la géométrie del’épanouissement de l’arc à son accroche sur letablier. Elle a enfin permis de déterminer lanature des diaphragmes ; ceux-ci sont pleins

avec seulement un passage d’homme au droitdes branches des tripodes et plus largementouverts dans les autres zones.Entre les deux branches longitudinales, des âmescomplémentaires obliques règnent partiellementet contribuent à la diffusion de la composantehorizontale de l’effort en provenance de labéquille tout en diminuant les déformationslocalisées excessives.Au niveau des études d’exécution, le bureaud’études Greisch a suggéré quelques adaptationsgéométriques dans les zones d’appui afin de sim-plifier la fabrication.D’autres calculs en coques ont été développés àl’aide du logiciel Ansys pour vérifier localementla résistance des encorbellements de rive sousl’effet de l’accroissement de charge des sus-pentes côté trottoir (cas de rupture de suspentescôté chaussée), et pour vérifier la résistance de ladalle orthotrope en zone courante et sur lesencorbellements latéraux sous l’effet des pres-sions localisées dues aux charges routières.

6. Calculs dynamiques et effets du vent

■ 6.1. Essais en soufflerie Compte tenu de la géométrie originale en “ ailed’avion ” du caisson et de la grande finesse del’arc, il a été jugé nécessaire de vérifier le boncomportement de l’ouvrage vis à vis des effetsdu vent turbulent.

n État de l'arc après rupture de 4 suspentes.


N Cas de rupture de suspentes.



Des essais, commandés au Danish Maritime Ins-titute, ont été réalisés en soufflerie à écoule-ment turbulent sur modèles de section dutablier au 1/80e et de l’arc au 1/20e.

Le tablierLa maquette en bois de 1.25 m de longueur a étéréalisée avec les équipements du pont (barrièreset garde-corps en particulier). Le tablier n’étant pas symétrique, deux séries d’essaisont été réalisés, pour vent d’Est et pour vent d’Ouest.Pour minimiser les effets dus aux faibles nom-bres de Reynolds pendant les essais, la rugositéde surface de la maquette a été augmentée parcollage de grains de sable sur toute sa surface.

La distance entre la partie inférieure du tablier etle niveau de la Loire a été reproduite grâce à unfaux plancher disposé sous le modèle.Les essais ont été réalisés en écoulement tur-bulent (7 % d’intensité de turbulence longitu-dinale), à une vitesse moyenne d’écoulementde 19 m/s. Les générateurs de turbulence,triangulaires, ont créé des échelles de turbu-lence de l’ordre de 2 fois la largeur de lamaquette.Des pesages réalisés grâce à des dynamomètresaux extrémités de la maquette ont permis le calculdes coefficients aérodynamiques stationnaires entraînée (CX), portance (CZ) et torsion (CM).

L’arcLa maquette de l’arc, de 1.25 m de long, aété construite en bois au 1/20e. De mêmeque pour le tablier, l’arc n’étant pas symé-

tr ique, deux essais ont été réal isés, unpour le vent d’Est et l’autre pour le ventd’Ouest.

On peut constater que C’Z est négatif, ce quiindique que la contribution de l’arc à l’amortisse-ment aérodynamique pourra être négative pourcertains modes de vibration. On devra doncvérifier qu’aucune instabilité n’est à craindre.

■ 6.2. Estimation des caractéristiques du vent

L’estimation des caractéristiques du vent a éga-lement été confiée au Danish Maritime Institute.Elle a consisté en la détermination :

— de la vitesse moyenne de temps de retour50 ans (29.5 m/s pour le vent d’Ouest, et17.5 m/s pour le vent d’Est),

— des caractéristiques de la turbulence(Iu = 14 % pour le vent d’Ouest et 30 % pourle vent d’Est).

■ 6.3. Caractéristiques dynamiques de l’ouvrage

Les caractéristiques dynamiques modales del’ouvrage équipé de ses superstructures ont été

Vent d’Ouest Vent d’Est

CX (0°) 0.119 C’X (-1°,+1°) 0.038 CX (0°) 0.139 C’X (-1°,+1°) -0.14

CZ (0°) -0.076 C’Z (-2°,+2°) 3.66 CZ (0°) 0.038 C’Z (-2°,+2°) 6.60

CM (0°) 0.110 C’M (-2°,+2°) 0.217 CM (0°) 0.116 C’M (-2°,+2°) 1.80

Vent d’Ouest Vent d’Est

CX (0°) 1.482 C’X (-1°,+1°) 1.84 CX (0°) 0.974 C’X (-1°,+1°) 1.43

CZ (0°) 1.041 C’Z (-2°,+2°) -1.99 CZ (0°) 1.255 C’Z (-2°,+2°) -2.31

CM (0°) 0.179 C’M (-2°,+2°) -0.42 CM (0°) 0.107 C’M (-2°,+2°) -0.37

n Section de la maquette du tablier.

nn Vue de la maquette de la section du tablier dans la soufflerie du DMI.


déterminées à partir du modèle de calcul Pytha-gore décrit ci-dessus.

■ 6.4. Calcul de la réponse au vent turbulent

Les calculs au vent turbulent réalisés à l’aide duprogramme Vent de SETEC TPI ont permisd’exprimer, pour chacun des modes propres de lastructure, et pour chacune des deux directionsdu vent :— l'amortissement aérodynamique du mode

propre complet,— l'amplitude des mouvements attendus de la

structure.Il apparaît ainsi que, compte tenu de la partici-pation du tablier, les 10 premiers modes propresde la structure bénéficient d’un amortissementaérodynamique positif. Les risques d’une insta-bilité dynamique par “galop” de l’arc sont doncécartés.D’autre part les amplitudes attendues, bienqu’importantes (13 cm en clé d’arc sous l’effetdes rafales), conduisent à des sollicitations fai-bles dans toutes les parties de la structure.Globalement, le vent “forfaitaire” de 200kg/m2

est plus défavorable. C’est ce dernier qui estdonc retenu pour les justifications.

Le calcul des sollicitations finales a ensuite étéconduit en cumulant directement les sollicita-tions dues au vent avec les sollicitations duesaux charges permanentes. Tous les calculs ontété conduits avec un seul modèle 3D, permettantaussi bien le calcul statique traditionnel que les

développements particuliers : effets dynamiquesdus au vent, vibration des suspentes et couplagedes mouvements de l’arc et des suspentes et sta-bilité élastique de l’arc.

■ 6.5. Mouvements des suspentes L’analyse modale utilisée pour calculer le compor-tement au vent de l’ouvrage a été réalisée sur unmodèle dans lequel chaque câble est décrit par unseul élément. Les fréquences propres de câbles luisont donc inaccessibles, ainsi que les éventuelsmodes propres couplés câbles/arc. Or l’expériencerécente d’ouvrages à câbles (notamment le pontErasmus), montre que les suspentes peuvent êtrele siège de mouvements importants.Une seconde modélisation a donc été réalisée,identique à la première, mais dans laquelle lescâbles sont discrétisés en éléments de plus faiblelongueur (une dizaine d’éléments pour chaquecâble).Les diverses phases de construction sont repro-duites sur ce modèle, en grands déplacementscar un calcul linéaire au 1er ordre ne peut trouverde solution aux déplacements des nœuds inter-médiaires des câbles.La matrice de raideur tangente obtenue en fin deconstruction sert alors à déterminer les fré-quences propres du système, dont celles descâbles.

Il ressort de cette analyse que certains modescouplent de manière importante les mouve-ments de l’arc et des suspentes, qui peuventdonner naissance aux phénomènes connus sousle nom d’excitation paramétrique. Outre ce phénomène, certaines formes d’excita-tion des suspentes notamment sous l’action con-juguée de la pluie et du vent, peuvent engendrerdes phénomènes de fatigue, à cause du très grandnombre de cycles de contraintes, notamment àproximité de la connexion aux barres de traction,où est concentrée une masse non négligeable. Nous avons donc été amenés à rechercher desdispositifs amortisseurs qui puissent assurer desamplitudes de mouvement garantissant le boncomportement à long terme de ces suspentes.

Jean-Bernard DATRY, Xavier CESPEDES ■

Mode Fréquence Période (s) Masse généralisée (tonnes)

1 0.599 1.669 242.46

2 1.001 0.998 2066.55

3 1.041 0.960 1359.75

4 1.181 0.846 271.20

5 1.255 0.796 229.91

6 1.630 0.613 1132.03

7 1.837 0.544 740.89

8 1.872 0.534 1331.77

9 2.110 0.473 515.91

10 2.355 0.424 435.56

11 2.393 0.417 720.69

12 2.669 0.374 1610.54

13 2.789 0.358 584.21

14 2.869 0.348 1152.85

Jean-Bernard DATRYSETEC – TPITel : 01 40 04 69 44

Xavier CESPEDESSETEC – TPI



Les résultats statistiques de « La construction des ouvrages d'art »

Les résultats statistiques de « La construction des ouvrages d'art »HistoriqueRecueillir les différents points de vue des serviceslocaux sur les problèmes posés par les ouvragesd'art et dégager les solutions les plus efficacespour les traiter correctement, tel était l'objectifdu cycle d'études 1975-1976. Dans ce but, la première collecte de données surles ouvrages a été lancée par la Direction desRoutes sachant qu'il n'existait alors aucunedocumentation permanente globale permettantde connaître :• les ouvrages construits au cours d'une

période récente,• leur type, leur matériau, • les conditions de leur construction,• leur maître d'ouvrage…

Pour pallier ce manque, un questionnaire a étéadressé à tous les départements métropolitainsle 22 janvier 1976.Ces derniers ayant tous répondu, le SETRA aassuré le traitement informatique des réponseset publié les graphiques et tableaux illustrantcette première enquête.Ces statistiques ont suscité un grand intérêt quia amené à programmer la production d'un étatannuel indiquant les caractéristiques desouvrages mis en service au cours de l'année pré-cédente.Pour obtenir des résultats plus complets, nousavons élargi l’enquête et interrogé :• les Départements et Territoires d'Outre-Mer,• les Sociétés Concessionnaires d'autoroutes,• la S.N.C.F.L’ensemble des données permet ainsi de publierchaque année le document intitulé « Construc-tion des Ouvrages d’Art »Globalement, son contenu et sa présentationn'ont pas changé depuis 1978.

ActualitésLe SETRA a procédé en 1998 à une enquête desatisfaction auprès des organismes destinataires.

Les réponses obtenues ont été nombreuses etlargement positives.Dans le dernier document, en cours d'élabora-tion, nous avons, dans la mesure du possible,tenu compte des remarques formulées, sans sur-charger les services qui nous fournissent lesinformations nécessaires à sa réalisation.

Vous pourrez donc trouver dans la prochaineédition : • une distinction entre opérations nouvelles et

opérations de reconstruction, entre ponts etpasserelles, entre fondations profondes etsuperficielles…,

• une harmonisation des libellés des typesd'ouvrage entre chapitres,

• les coûts désormais donnés en Euros et hors-taxes pour tous les maîtres d'œuvre,

• des écarts-types sur les prix au m2, fournis-sant une meilleure image de la dispersion descoûts,

• une synthèse générale de l'activité ouvragesd'art, par département et par région, quelqu'en soit le maître d'œuvre.

ConclusionLe but recherché depuis la première enquête estencore aujourd'hui atteint. Les coûts, en fonction du type d'ouvrage, dumatériau, de la portée, etc… permettent d'établirdes ratios, et d'avoir une approche des prix aum2 dans tous les cas de figure. Les services ytrouvent des informations sur leur activité parréférence aux moyennes nationales.Nous espérons, grâce aux nouveautés apportées,répondre encore mieux aux besoins des servicesimpliqués dans la construction et la gestion desouvrages d'art.

Monique LEFEBVRE ■


Monique LEFEBVRESETRA - CTOA

Tel : 01 46 11 34 86


Les ponts au JaponAvant-propos

Le Japon est un pays qui a construit de nombreux grands ponts, et qui investit beaucoup pour faire évo-luer les techniques. Dans le cadre d’une coopération franco-japonaise, j'y ai fait une mission durant l’été1999, au cours de laquelle j'ai visité un grand nombre d'ouvrages et Yoshiyuki Yasukawa, ingénieur auJapan Highway Public Corporation (JHPC), est en stage au CTOA du SETRA depuis mai 1999. Le domaineroutier au Japon est organisé un peu comme en France, avec une “ Direction des routes ” dépendant duministère de la construction et des sociétés concessionnaires avec des capitaux de l’état essentiellement.Néanmoins, les sociétés concessionnaires assurent non seulement l’exploitation des autoroutes maisaussi la construction. JHPC est l’une de ces sociétés concessionnaires, chargée des autoroutes interur-baines essentiellement (environ 6400 km).

Dans cet article, nous avons tenté de présenter un panorama de la construction des ponts au Japon, eninsistant sur les innovations technologiques en cours de développement. De plus amples renseignementssont disponibles auprès des auteurs.

1. Le contexte de la construction des ponts au JaponLe Japon est constitué de 4 grandes îles princi-pales : Hokaido au nord, Honshu au centre,Shikoku au sud-est et Kyushu au sud. L’activitéindustrielle principale est concentrée sur l’île deHonshu sur laquelle se situent les grands centresurbains de Tokyo-Yokohama, Nagoya, et Osaka-Kobe-Kyoto. Au Japon les montagnes représen-tent 70 % de la surface du pays, les 30 % restantétant utilisés par une activité humaine et indus-trielle dense.Après la deuxième guerre mondiale, le Japonavait un réseau routier relativement peu déve-loppé. Le pays s’est alors organisé autour d’unesérie de sociétés concessionnaires dont l’objectif,fixé par l’Etat, était d’aménager les grands axesde communication. Les grands itinéraires trèsfréquentés ont été développés en premier :Tokyo-Nagoya et Nagoya-Osaka. Les axes secon-daires d’aménagement du territoire ont suivi. Leréseau actuel est de 7200 km d’autoroute autotal dont 6400 km sont interurbaines. On yconstruit encore beaucoup d’autoroutes puisquel’objectif affiché est un réseau de plus de12000 km. Actuellement, le doublement desgrands axes Tokyo-Nagoya et Nagoya-Osaka esten cours. Le budget annuel de la constructiondes autoroutes est d'environ 200 milliards deFrancs (environ 20 milliards en France).

Les grands projets autoroutiers sont soumis à detrès fortes contraintes, du fait de la densité de

population et de la topographie très accidentée.De nombreux ouvrages sont nécessaires, aussibien de longs viaducs urbains, que des pontsenjambant des bras de mer, des vallées ou desrivières. Par ailleurs le Japon est une des zones les plus sis-miques au monde et donc les actions naturelles(séisme et vent) y sont très intenses. Les accéléra-tions nominales prises en compte dans les projetssont de l’ordre de 0.7g à l’ELU, soit presque deuxfois plus que dans les zones les plus sismiquesfrançaises (Guadeloupe et Martinique). Aprèsamplification dynamique, l’accélération maximalepeut atteindre 1,6g (plateau du spectre). Vu


N Le Japon.


Les ponts au Japon

l’occurrence de tremblements de terre (environ unpar mois de magnitude supérieure à 3), un niveaude séisme de service a également été fixé, pourlequel l’ouvrage doit se comporter de manièreélastique pour une accélération nominale de 0.2 à0.3g. D’autre part, le Japon subit tous les ans degrands typhons entre fin août et fin octobre.Durant cette saison, les vents peuvent atteindre230 km/h.

Les types de ponts étudiés sont proches de ceuxque nous construisons en France. On notera toutefois quelques différencesde conception : par exemple au Japon, il n’y apas pour l’instant de pont mixte avec dalle parti-cipante ; en effet, la dalle est bien connectée à lacharpente métallique, mais dans le calcul, ladalle béton est supposée ne reprendre que laflexion transversale.

Il y a trente ou quarante ans, les Japonais fai-saient des ponts mixtes, mais de gros problèmesde durabilité (fatigue des dalles béton) les ontdissuadé de continuer à faire de tels ponts. Il esttout de même probable que le Japon recons-truira prochainement des ponts mixtes à dalleparticipante.

A titre d’exemple, le tableau ci-dessus donne unaperçu des types de structures utilisées pour lesponts “ courants ” autoroutiers c’est à dire desponts non exceptionnels ayant des travées deportées inférieures à 100 m (pour les ponts en

métal, il s’agit de l’élancement de la structuremétal seule). Au-delà, on rencontre des dallesorthotropes pour les ponts métalliques et desponts en caisson en béton précontraint cons-truits par encorbellement essentiellement. Pourles très grandes portées, on retrouve des pontssuspendus ou haubanés et des bow-strings oudes arcs. Nous al lons ci-après détai l ler ces typesd’ouvrages par grande catégorie, en attirantl’attention sur les dernières évolutions des tech-niques de construction.

2. Les ponts en béton précontraintLes ponts en béton précontraint japonais sontconstruits principalement selon trois techniques :— par encorbellements successifs avec des

voussoirs coulés en place ou préfabriqués— à l’avancement, avec cintre autolanceur met-

tant en place des voussoirs préfabriqués— coulés en place sur cintre.Le tableau ci-dessus liste les types de structuresconstruites selon ces méthodes. Par ailleurs, les ponts de type VIPP ou PRAD sontgénéralement mis en place à la grue.

■ Ponts construits par encorbellements successifs

La construction par encorbellements successifsest identique à ce qui est fait en France. Ungrand nombre d’ouvrages de grande portée exis-

n Types de structures avec gammes de portée et élancement (pour les ponts de hauteur variable, il ne s'agit que de la hauteur sur pile)

Gamme de portée 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 L/H

Ponts métalliques

Poutre à travée isostatique + dalle béton 17

Poutre continue + dalle béton 16

Caisson à travée isostatique + dalle béton 22

Caisson continu + dalle béton 23

Treillis isostatique + dalle béton 9

Treillis continu + dalle béton 10

Ponts béton

Poutre précontrainte par fils adhérents 15

Dalle alvéolée BA 20

Dalle alvéolée BP 20

Dalle nervurée BP 17

Poutre continue sous chaussée 15

Viaduc à travée indépendante type VIPP 15

Caisson BP à travée isostatique bétonné sur cintre 20

Caisson BP continu bétonné sur cintre 18

Caisson BP construit par encorbellements 18


tent au Japon. On notera tout de même que pouraccélérer les cadences, le nombre d’équipagesmobiles est très important, avec souvent unavancement en parallèle de presque tous lesfléaux.Le béton à haute performance (BHP) n’est pasencore utilisé pour ce type de tablier au Japon.Les piles sont généralement rectangulaires etcreuses.Pour les piles de grande hauteur, JHPC a utilisédu béton B50 pour le pont de Washimi avec desarmatures en acier à haute performance (AHP)de 685 MPa. L’association de ces deux matériauxa permis de faire des économies de matériau(béton et acier) et donc de réduire le poids de lapile, ce qui a conduit à des économies impor-tantes sur les fondations.

Enfin, le bétonnage en place est généralementpréféré à la préfabrication à cause de la difficultéde disposer d’usine de préfabrication proche dessites de construction compte tenu du relief acci-denté ou très urbanisé du pays.

■ Ponts construits à l’avancement, avec cintre autolanceur

Les voussoirs préfabriqués sont surtout utiliséspour les viaducs urbains de grande longueur etsont assemblés généralement par l'intermédiaired'un lanceur.Ce lanceur est constitué d’une poutre surlaquelle des systèmes de levage sont disposés defaçon à pouvoir lever tous les voussoirs d’unemême travée. Cette poutre s’appuie sur deuxvoussoirs sur piles consécutifs.Les voussoirs préfabriqués ont des joints conju-gués et sont assemblés avec un mortier époxy.Lorsqu’une travée complète est suspendue à lapoutre, un joint de 20 cm de chaque coté de latravée est coulé en place pour la connecter auxdeux voussoirs sur piles déjà réalisés. On met enplace la précontrainte sur la travée complète eton passe à la travée suivante.Cette méthode à l’avantage de limiter la précon-trainte provisoire, mais pour être vraiment inté-ressante d’un point de vue économique, elle nepeut s’appliquer qu’aux viaducs dont la longueurest supérieure à 1km et dont la gamme de portéeest comprise entre 40 et 50 m.

Pour les travées plus longues, la construction parencorbellements est mieux adaptée.

■ Ponts coulés en place construits sur cintre

Pour les travées plus courtes, on a recourt auxponts dalles coulés en place. Au Japon, les dallessont toujours élégies.Les alvéoles sont réalisées àpartir de cylindres de polystyrène ou de tubesd’acier fermés aux extrémités.

n Vue générale du pont de Washimi et zoom sur la grande pile de 120 m.

N Dalle élégie.

N Cintre autolanceur pour la construction des ponts avec voussoirs préfabriqués.

N Détail des systèmes de levage du cintre autolanceur.



Les ponts au Japon

■ Autres méthodes de construction La construction par poussage est une méthodetrès peu utilisée au Japon.

Par contre, un nouveau type de ponts en bétonprécontraint se développe au Japon ; ce sont lesponts à précontrainte extradossée.Ce type de pont n’est pas courant en France mêmesi l’idée est française à l’origine [4]. La technologieadoptée est cependant légèrement différente dece qui a avait été pensé initialement.

Au Japon, il s’agit plus souvent d’un ponthaubané avec un pylône court, de l’ordre de1/10ème à 1/15ème de la portée contreenviron 1/5ème pour les ponts haubanés clas-siques. L’ intérêt de cette conception estdouble. En effet, les pylônes sont des élé-ments lourds soumis à des efforts sismiquesimportants, donc la réduction de leur hau-teur est bénéfique. D’autre part, en limitantla hauteur du pylône, les “ haubans ” sonttrès peu inclinés par rapport à l’horizontaleet les variations de contraintes y sont géné-ralement faibles (ce qui doit quand mêmeêtre démontré pour chaque projet).La limitation de la contrainte à 0.40 fprg imposéedans les ponts haubanés pour le dimensionne-ment des haubans vis-à-vis des problèmes defatigue peut, dans le cas de précontrainte extra-dossée, être portée à 0.6 fprg, ce qui conduit à ungain de quantité sur les haubans et les ancrages.Pour limiter encore plus le nombre d’ancrages,une selle est généralement disposée sur lespylônes. Enfin, puisque ces câbles sont censés nepas être soumis à la fatigue, les ancrages spé-ciaux de haubans ne sont pas nécessaires et desancrages ordinaires de précontrainte sont suffi-sants. Après mise en place, on empêche le glisse-ment du câble grâce à des plaques de blocage àchaque sortie de la selle. A la fin de la construc-

tion, les selles sont injectées afin de protéger lescâbles et d’assurer le blocage définitif.

Les Japonais ont commencé par projeter desponts de portée modeste puis ils sont rapide-ment passés à des portées de plus en plus impor-tantes [3]. Le premier pont construit selon ceprocédé est le pont de Odawara en 1994 avecune portée de 122 m. La plus grande portéeatteinte aujourd’hui est égale à 180 m pour lepont de Tsukuhara.Deux autres ponts ont desportées similaires.

Ce système est aussi utilisé sur deux grandsponts en cours de construction sur les rivièresKiso et Ibi. Ces deux ponts, sont quasiment iden-tiques au nombre de travées près (5 pour Kiso et6 pour Ibi) et constituent un projet d’envergure.Par ailleurs, ce sont des structures hybrides : untablier en béton à précontrainte extradossée de170 m complété par un tronçon central en acierde 105 m de longueur. Le coût total des partiesen élévation (tablier et piles) des deux ouvragesest d’environ 4 milliards de Francs, soit 50000 Fle m2 de tablier.

n Pont de Odawara.

n Pont de Tsukuhara.

n Construction du pont sur la rivière Kiso.

nn Voussoir mixte : à gauche béton et à droite acier.


Afin de réduire l’importance des fondations etd’augmenter la longueur des voussoirs préfabri-qués, du béton B60 est utilisé dans le tablier. Eneffet, avec une largeur de 33 m, et un matérielde levage forcément limité en capacité, l’utilisa-tion de BHP a permis de porter la taille des vous-soirs à 5 m, ce qui augmentait aussi la vitessed’exécution. Des joints conjugués sont utilisésentre les voussoirs préfabriqués et un voussoirmixte avec une partie béton coulée sur unepartie acier, permettant d'unir la partie béton à lapartie acier, soudée sur ce voussoir mixte.

3. Les ponts “ mixtes ”Comme nous l’avons déjà dit, au sens techniquedu terme de pont mixte, c’est à dire une struc-ture métal avec une dalle béton participante, iln’y a pas de pont mixte récent au Japon. En effet,même si les ponts japonais “ mixtes ” ont unestructure composée d’une dalle en béton con-nectée à la charpente métallique, au niveaumécanique, la structure acier reprend tous lesefforts de flexion longitudinale et la dalle bétonne reprend que la flexion transversale.Pour ces ponts “ mixtes ” la structure classiqueest tout à fait comparable à notre bi-poutre. Eneffet, pour des raisons économiques, les bi-pou-tres s’imposent par rapport aux ponts à plus de

deux poutres, sauf pour les ponts très larges oùtrois poutres ou plus sont alors utilisées.La mise en place peut se faire à la grue, ou danscertains cas limités, par lançage. Pour le contrôle de la fissuration, un ferraillageminimum de 2 % est imposé. Dans ces condi-tions, il n’est pas étonnant que les dalles préfa-briquées soient utilisées. Les nouveaux grandsviaducs sont réalisés avec cette méthode quipermet de faire des ponts de 40 à 60 m deportée. Au delà, des caissons sont utilisés. Lafigure ci-dessous présente un pont de ce typeavec 2 caissons constitués d’acier à haute limiteélastique (570 MPa). L’intérêt ici est de diminuerle nombre de raidisseurs (et donc le coût impor-tant des soudures) ainsi que le poids du tablieren diminuant l’épaisseur des parois (avec dessemelles qui font quand même près de 10 cm par

N Schémas de principe du pont sur la rivière Kiso.


N Pont sur la rivière Inabe : mise en place par lançage et détail d’un caisson


Les ponts au Japon

endroit). En diminuant le poids du tablier, le coûtdu montage diminue aussi puisque les efforts delançage sont diminués.Un autre type de pont mixte de plus en plus utiliséau Japon est le pont à âmes plissées. Initiée enFrance par Campenon Bernard qui en détient lebrevet (les entreprises japonaises en achètent lesdroits pour les ponts qu’elles construisent), cettetechnique consiste à profiter de la flexibilité longi-tudinale de l’âme plissée pour précontraindre unestructure constituée de deux hourdis en bétonreliés par une âme plissée en acier. Évidemment, lepoint essentiel dans ce type d’ouvrage est la con-nexion entre l’âme plissée et les hourdis en béton.Au Japon, cette connexion est assurée par unebarre d’acier longitudinale qui s’ancre par adhé-rence dans le hourdis et des cadres en aciers deshourdis traversant les âmes plissées.Ces ponts sont construits soit par encorbelle-ments successifs, soit sur cintre.Pour les ponts construits par encorbellements, lesâmes sont boulonnées entre elles. Pour les pontscoulés sur cintre, les âmes plissées sont soudées.Ce type de structure permet faci lementd’atteindre des portées de 100 m.

4. Les ponts métalliquesLes ponts métalliques sont assez courants auJapon à cause de leur bon comportement auséisme. Par contre, les problèmes de durabilité etde coût ont beaucoup diminué leur intérêt et laconstruction de pont entièrement en acier estmaintenant limitée aux grands ponts. On trouveprincipalement des caissons à dalle orthotropeutilisés dans les ponts suspendus, les pontshaubanés et les bow-strings.

Nous allons nous limiter ici à trois exemples.

1 - Le pont de l’autoroute Aqua Line construitrécemment dans la baie de Tokyo qui a été réa-lisé avec un caisson métallique à dalle ortho-trope. D’une longueur totale de 20 km, cetteautoroute se décompose en un tunnel de 15 kmet un pont de 5 km. Entre les deux, une île arti-ficielle à vocation touristique à été aménagée.Le pont présente la particularité d’utiliser desappareils d'appui en élastomère fretté degrande dimension, jusqu’à 2 x 2 m, pour larésistance au séisme. En eau profonde, des por-tées de 240 mètres sont franchies par uncaisson métallique de hauteur variable avecune dalle orthotrope. Lors de la construction,des vents forts mais non exceptionnels ontentraîné des oscillations verticales à la mi-

n Pont mixte avec dalle préfabriquée : connecteurs sur les poutres avant pose des dalles (à gauche), après pose avec réserve (au milieu) et ferraillage entre les dalles (à droite)

n Détail de la connexion entre le hourdis (ici hourdis inférieur) en béton et l’âme plissée.

n Pont de Hondani à âmes plissées construit par encorbellements successifs (100 m de portée)


travée du tablier de l’ordre de 50 cm d’ampli-tude. Des amortisseurs dynamiques accordésont été utilisés pour réduire ces vibrations quisont maintenant très faibles. 2 — Les trois axes qui relient les îles de Honshu etde Shikoku sont des successions de grands pontsavec un nombre important de portées supé-rieures à 500 m. Dans la catégorie des ponts haubanés, le pont deTatara, fortement inspiré par le pont de Nor-mandie, est le détenteur du record du monde deportée avec 890 m. Le pont de Tatara est aussidans la logique des grands ponts haubanés cons-truits ailleurs au Japon, avec des portées qui sontprogressivement passées de 300 à 890 m avecquelques grands ponts de 600 m de portée.Le pont de Tatara se situe sur l’itinéraire sud-ouest reliant Honshu à Shikoku.Avec des pylônes en acier de 215 m de haut(214 m pour le pont de Normandie), il supporteun tablier en caisson métallique par l’intermé-diaire de haubans. Le caisson du tablier est pro-filé ce qui est classique pour les ponts haubanésau Japon.Les gaines des haubans sont munies de petitesaspérités destinées à éviter le problème desvibrations induites par le vent et la pluie. Desamortisseurs sont aussi mis en place en pied decertains haubans.Les études au vent de cet ouvrage ont été trèsdéterminantes. Une maquette au 1/100ème repré-sentant la topographie du site a été utilisée [2].Par ailleurs, compte tenu des compressionsimportantes dans le tablier et dans les pylônes,les problèmes de flambement étaient égalementcritiques. Des essais sur modèles réduits ont ainsipermis de valider les approches numériques. Lasection du caisson a été testée en compressionsur une presse de grande capacité. Le mode deflambement a été mis en évidence par des essaissur un modèle réduit de l’ouvrage.

3 — Enfin, dans la catégorie des ponts suspendus,le Japon détient également le record mondial deportée, avec le pont Akashi-Kaikyo, qui fait partiede la liaison nord-est entre Shikoku et Honshu,au niveau de Kobe.Avec des pylônes de 280 m de hauteur, ce pontavait une portée initialement prévue de1990 m. En janvier 1995, lors du tremblementde terre de Kobe, les câbles de suspensionétaient déjà posés. Durant la secousse, les deux

pylônes se sont écartése t o n t l é g è re m e n ttourné entraînant una l l o n g e m e n t d e l ap o r t é e d ’ e n v i ro n1 mètre.La structure du tablierest un treillis de 14 m dehauteur, assemblé parboulonnage. Certainsnouveaux ponts sus-pendus ont des caissons aérodynamiques, mais,pour le pont de Akashi, un treillis plus tradi-tionnel a été retenu.Les câbles de suspension sont protégés de la cor-rosion par un système de maintien du degréd’hygrométrie entre 30 et 50 % ; en effet, desessais ont montré que la corrosion ne se déve-loppe que dans un environnement où le degréd’hygrométrie est supérieur à 70 %. Pour main-tenir cette faible hygrométrie, le câble est con-finé dans une gaine étanche et un courant d’airsec y circule, poussé par 7 injecteurs distribuésrégulièrement sur la suspension, et récupéré pardes extracteurs. Ce système se généralise sur lesgrands ponts suspendus modernes au Japon.Le même principe de contrôle de l’hygrométrie estappliqué dans les massifs d’ancrages qui sont assezimpressionnants. D’une hauteur de 50 m et d’unelongueur de 80 m, ils sont constitués d’une struc-

N Vue générale du pont de Tatara.

NN Détail des gaines des haubans du pont de Tatara.

N Presse ayant permis de tester les sections du pylône du pont de Tatara.


N Essais de flambement du tablier du pont de Tatara.


Les ponts au Japon

ture métallique noyée dans un gros bloc de béton.Les câbles de suspension sont ancrés par l’intermé-diaire de poutres en H ancrées dans le massif.La conception de cet ouvrage a nécessité desmoyens spéciaux. Compte tenu des typhons, uneétude au vent particulière a été entreprise. Levent moyen de calcul valait 46 m/s avec unecoefficient de rafale de 1,55 (soit des rafales de57 m/s) [1]. Pour réaliser ces essais, unemaquette au 1/100ème était indispensable ; pourl'ouvrage de 4 km de longueur la maquette allaitdonc mesurer 40 m !

Il n’existait pas de soufflerie adaptée à cettedimension et donc, le maître d’ouvrage a cons-truit sa propre souffler ie , de 40 m x 40 m etde 4 m de hauteur ; en effet, quand on construitun ouvrage de près de 30 milliards de francs, onn’est évidemment plus à quelques dizaines demillions de Francs près !

D’autres aspects du dimensionnement ontdemandé des considérations particulières : c’est lecas notamment des actions sismiques mais aussides problèmes plus terre à terre, comme les fon-dations. Enfin, après la mise en service de

n Soufflerie de Tsukuba avec modèle de grand pont suspendu (la maquette fait 40 m de longueur et c’est bien une personne qui se tient debout à coté du pylône de droite).

nn Spirale installée sur les gaines des suspentes du pont de Akashi.

n Massif d'ancrage du pont de Akashi.

nn Système d'ancrage des câbles.

n Pont de Akashi : vue d'ensemble de l'ouvrage.

nn Pont de Akashi : Injecteur d'air sec.


l'ouvrage, des vibrations générées par la pluie et levent sont apparues et ont nécessité d'équiper despirales toutes les gaines des suspentes pour sup-primer ce problème.

5. L'utilisation des matériaux compositesL’utilisation des matériaux composites est trèsdéveloppée au Japon, essentiellement pour leconfortement sismique [3]. Après le tremblementde terre de Kobe, le Japon a entrepris de con-forter tous ses ponts.En bientôt cinq ans, JHPC à lui seul, a conforté12000 piles de ponts, dont 10 % avec de la fibrede carbone. En effet, compte tenu de la taille trèsimportante des piles de pont, les fibres de car-bone, sont peu efficaces pour ces dimensions àcause de leur faible rigidité transversale et sontdonc plutôt utilisées pour augmenter la résis-tance en flexion de certaines parties d’ouvrage(lorsque les barres ont été arrêtées un peu tôt) oupour augmenter la résistance au cisaillement. Lespiles du pont sur la rivière Sakawa ont ainsi étéconfortées afin d'augmenter leur résistance aucisaillement sur toute leur hauteur. La mise enplace de ces fibres est très simple et ne nécessitepas de matériel lourd ce qui est très pratiquepour intervenir sous les ponts, dans des sitessouvent peu accessibles.

6. Les fondationsLes sols au Japon ont d’assez mauvaises caracté-ristiques géotechniques, et en raison des actionshorizontales importantes (vent et séisme), lesfondations sont souvent délicates à concevoir.En plus des fondations superficielles, on ren-contre des fondations sur pieux, avec des pieuxallant jusqu’à 3 m de diamètre. Pour les capacités

plus importantes, les fondations les plus cou-rantes sont les puits de grand diamètre (pouvantaller jusqu’à plus de 20 m) remplis de béton pou-vant atteindre une profondeur de plus de 20 m.Lors du creusement de ces puits, la stabilisationdes sols est assurée par des parois métalliques oudu béton projeté.

Enfin, pour les grands ponts les caissonsimmergés (comme pour le pont de Akashi) et lescaissons pneumatiques sont principalement uti-lisés. Le creusement des caissons pneumatiquesest complètement automatisé de façon à sup-primer les interventions humaines toujours déli-cates dans ce type de procédé. Un nouveau type de fondation est aussi utilisé. Ils’agit de pieux métalliques jointifs connectés lesuns aux autres avec un système proche de celuide la palplanche. Ces pieux reconstituent uncaisson ou plusieurs caissons et travaillent enfrottement. Dans la partie supérieure de la fon-dation, un radier de plusieurs mètres d’épaisseurassure la transmission des efforts de la structureaux pieux. Ce radier permet aussi une mobilisa-tion du sol par une action de type semelle super-ficielle. Les ponts de Kiso et de Ibi ont desfondations de ce type avec un radier supérieurde 6 m d’épaisseur.

7. Les équipementsLes équipements sont assez proches de ce qu'ontrouve en France. Les joints de dilatation sontgénéralement des joints en caoutchouc pour lespetits souffles (longueur de tablier inférieure à30 m) et des joints à peignes pour les plus grands.


NN Le pont sur la rivière Sakawa avec ses piles enveloppées dans des enveloppes en fibres de carbone.

N Pieux métalliques jointifs.


Les ponts au Japon

Des joints de dilatation sont disposés tous les 200à 300 m si possible. Le tableau 2 récapitule les dif-férents types de joints de dilatations utilisés enfonction de la portée et du trafic.Selon les coûts engendrés, certains ponts sontprotégés par une couche d’étanchéité et d’autrespas.Il semble que tous les maîtres d’ouvrages nesoient pas sensibilisés au problème, même si ladoctrine technique officielle japonaise tend àfavoriser l’utilisation d’étanchéité.

Avant le tremblement de terre de Kobe, les appa-reils d’appui étaient généralement en métal, detype articulations ou à pots. Compte tenu du boncomportement des appareils d’appuis en élasto-mère fretté lors du séisme de Kobe, l’utilisationde ce type d’appareils d’appui se généralise. Leursdimensions peuvent aller jusqu’à 2 m de côtépour des épaisseurs de 20 cm. Certains appareilsd’appui sont munis d’un insert en plomb, ce quipermet d’augmenter l’amortissement en cas desollicitations dynamiques.

Conclusions

La construction des ponts au Japon est trèsdynamique. La reprise économique va encorefavoriser ce marché. S’il n’y a pour l’instantpas d’ouvrages avec de très grandes portéesen vue, il y a un nombre important de projetsimpliquant des travées plus faibles mais avecde grands linéaires. L’innovation technolo-gique japonaise s’est beaucoup inspiréed’idées françaises. On notera qui plus est quebien souvent, ils ont été beaucoup plus loindans la réalisation avec par exemple un grandnombre de ponts à âmes plissées et à précon-

trainte extradossée. On peut se réjouir que lesponts français y soient constamment citéscomme référence.

Frédéric LEGERON, Yoshiyuki YASUKAWA ■

Références (disponibles auprès de F. Légeron)[1] The Akashi-Kaikyo Bridge, Honshu-Shikoku Bridge Authority, Japan, 1998.[2] The Tatara Bridge, Honshu-Shikoku Bridge Authority, Japan, 1999.[3] The Development of Technology for Expressway bridges, Japan Highway Public Corporation, 1999.[4] Mathivat, J. “ Recent developments in prestressed concrete bridges ”, FIP notes, 1988/2.

Trafic moyen journalier

Moins de 15000 véhicules par jour Plus de 15000 véhicules par jour

Joint en caoutchoucPont métallique avec dilatation inférieure à 100 mm Pont métallique avec dilatation inférieure à 50 mm

Pont béton avec dilatation inférieure à 100 mm Pont béton avec dilatation inférieure à 80 mm

Joint à peigne Autres cas

n Type de joint de chaussée en fonction du trafic moyen journalier et de la dilatation.

Frédéric LEGERONITPE – DGOSETRA CTOATel : 01 46 11 35 66

Yoshiyuki YASUKAWAJapan Highway Public CorporationStagiaire SETRA - CTOA


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CONCEPTION ET REALISATION

Dimensionner et calculer les structures de génie civil en bois 26 au 28 septembre 2000

Conception générale et choix d’un ouvrage de soutènement (Session Flash) 28 septembre 2000

Formuler les bétons (2) : optimisation de la formulation avec BétonLab.Pro (Session Flash) 5 octobre 2000

Conduire un projet de réparation 10 au 12 octobre 2000

Concevoir et réaliser les ponts courants 17 au 19 octobre 2000

Suivre et contrôler les travaux liés à la géotechnique 17 au 19 octobre 2000

Fondations anciennes : surveiller, diagnostiquer, réparer 7 au 9 novembre 2000

Entretenir, réparer et renforcer les ouvrages en béton : (1) diagnostic, réparation et protection du matériau béton 14 au 16 novembre 2000

Surveiller les parties immergées des ouvrages : inspection et auscultations subaquatiques 28 et 29 novembre 2000

La conception des corniches et des écrans sur ouvrages d’art (Session Flash) 30 novembre 2000

Remblais et fondations sur sols compressibles 5 au 7 décembre 2000

Entretenir, réparer et renforcer les ouvrages en béton : (2) diagnostic, réparation et protection des ouvrages 12 au 14 décembre 2000

Formuler les bétons (3) : la gamme des bétons modernes 19 et 20 décembre 2000

La responsabilité des constructeurs et la mise en jeu de leurs garanties 28 septembre 2000 à Marseille

Lire et exploiter un rapport géotechnique 6 et 13 octobre 2000 à Marseille

Colloque marchés publics et contrats privés : quelles stratégies ? 6 et 7 décembre 2000 à Marseille

COMITÉDE RÉDACTION

SETRA:Mme Abel-Michel, MM. Bouchon, Millan

CETE:M. Paillusseau (Bordeaux)M. Tavakoli (Lyon)M. Carlès (Aix)

DDE :M. Brazillier (DDE 89)M. Portier (DDE 13)M. Bouvy (DDE 12)

LCPC :M. Godart

IGOA :M. Bois

Coordination :Jocelyne Jacob (Setra-Ctoa)Tél. : 01 46 11 32 79Fax. : 01 46 11 34 74Jacqueline Thirion (Setra-Ctoa)Tél. : 01 46 11 34 82

Réalisation :Barbary & Courte • Tél.: 01 44 50 52 55www.barbary-courte.com

Flashage :Augustin • Tél.: 01 40 36 10 15

Impression :Imprimerie MC GraphicTél.: 01 34 04 32 00

ISSN :1266-166X


Ce bulletin est disponible sous la référence PO535 au bureau de vente des publications du Setra - Tél. : 01 46 11 31 53 et 31 55www.setra.equipement.gouv.fr


PUBLICATIONS

■ Instruction technique pour la surveillance et l'entretien des ouvrages d'artFascicule 01 - Dossier d'ouvrage - 2ème partie• Réf. F 800001 - Prix : 50 F

Ce document s'inscrit dans la même série de fascicules,destinés aux gestionnaires d'ouvrages d'art, dontl'ensemble constitue la 2ème partie de l'Instruction tech-nique pour la surveillance et l'entretien des ouvragesd'art du 19 octobre 1979.Ce fascicule traite du dossier d'ouvrages pour l'ensembledes ouvrages d'art entrant dans le champ d'applicationde la présente instruction :– les ouvrages de franchissement et de soutènement, – les tunnels, – les tranchées couvertes.Il explicite les rôles du maître d'œuvre chargé de la con-ception et de la construction et du responsable de la Ges-tion de la route (RGR) qui ont à intervenir dansl'établissement du dossier d'ouvrage. Il traite aussi del'organisation et de la constitution de ces dossiers quisont une pièce essentielle dans la gestion patrimonialed'ouvrages d'art.

■ Entretien des ouvrages d'artGuide à l'usage des subdivisions• Réf. F 9917 - Prix : 150 F

Ce guide est destiné aux subdivisions territoriales qui onten charge la gestion des ouvrages et des tâches d'entre-tien. Il doit leur permettre d'établir un programmed'interventions, de surveillance et de travaux.Présenté sous forme de fiches, il se veut pratique, faciled'utilisation pour un usage courant. Il rappelle les mis-sions qui doivent être assumées en subdivision, à savoir lasurveillance, l'entretien courant, les petites réparations. Ilconcerne les ouvrages routiers les plus couramment ren-contrés que sont les ponts et les murs de soutènement. Ilne prend pas en compte les tunnels.En outre, ce guide s'inscrit dans la continuité de l'amélio-ration de la surveillance et de l'entretien des ouvragesd'art initiée par l'instruction technique du 19 octobre1979 pour la surveillance et l'entretien des ouvrages,modifiée par la circulaire du 26 décembre 1995.

■ Ponts courants en zone sismique Guide de conception• Réf. F 9930 - Prix : 180 F - 208 pages

La prise en compte du risque sismique est désormais obli-gatoire pour l'élaboration des projets d'ouvrages d'art. Lesrèglements, relativement récents, présentent quelquesdifficultés d'interprétation et d'utilisation pour l'ingé-nieur. Leur mise en application requiert souvent la com-pétence de spécialistes dans le domaine du génieparasismique.L'objet du présent document est d'apporter une aide entermes de conception et de justifications parasismiquesaux nombreux bureaux d'études travaillant sur les pontscourants.Par souci de commodité, ce guide reprend l'ensemble destextes relatifs à la protection parasismique des diversesparties d'ouvrages. Les règles de justification reposentessentiellement sur celles édictées par le Guide AFPS 92pour la protection parasismique des ponts. Elles sontdéclinées dans le cas des ponts courants avec de nom-breux commentaires explicatifs.L'architecture du présent guide repose sur la démarchelogique du projeteur. Il développe les principes généraux

de la conception parasismique, présente l'ensemble desrègles de justification et les dispositions constructives etpropose un exemple numérique complet. Compte tenude la relative nouveauté en France de la prise en comptedu risque sismique pour les ouvrages d'art, il contient, enoutre, quelques rappels théoriques permettant de com-prendre le fonctionnement des structures sous séisme.

■ Construction des ouvrages d'artRésultats statistiques - Année 1998• Réf. P 2098 - 80 F

Chaque année, une enquête sur l'ensemble des ponts deplus de cinq mètres construits en France durant l'annéeprécédente, est réalisée par le CTOA.Ainsi, sont donc actuellement recensés auprès des DDE,des Services Techniques Départementaux, des SociétésConcessionnaires d'Autoroutes et enfin de la SNCF,l'ensemble des ponts dont ces organismes ont assuré lamaîtrise d'œuvre. Ce document concerne les résultats del'année 98. Il présente l'analyse des résultats de l'exploi-tation des renseignements communiqués en termes decoût et de dimensions d'ouvrages, selon différents cri-tères (type d'ouvrage, matériau, nature de la brèche et dela voie portée, maîtrise d'ouvrage...). Il donne égalementdes indications sur les types de marchés, la répartitiongéographique des travaux. Les causes de démolition etremplacement d'ouvrages sont également mentionnées.Enfin, des courbes permettent de connaître l'évolution del'activité ouvrages d'art sur la dernière décennie.Il se décompose en quatre chapitres :– synthèse ;– les ponts routiers ;– les ponts sur autoroutes concédées ;– les ponts SNCF.

■ Avis technique - Étanchéité

Rappel : le prix de chaque avis technique est de 20 F.

LOGICIEL

■ PSH - Logiciel de calcul des appuis d'ouvrage d'art (Version 2.2)• Réf. L 16 (boîtier avec CD Rom, disquette, manuel)

Le Setra publie une nouvelle version du logiciel PSH ;cette nouvelle version possède des fonctionnalités analo-gues à celles de l'ancienne version, mais fonctionne sousWindows 95/98 ou NT.Sa partie graphique a été entièrement rénovée, le modèlede calculs est maintenant affiché en permanence à l'uti-lisateur, et les impressions sont possibles sur tous typesd'imprimantes.Rappelons que le programme PSH est destiné au calculdes appuis d'ouvrages (piles et culées), considérés dansleur globalité.L'appui peut comporter de une à six files de pieux dontcertaines peuvent être inclinées, une semelle de liaison,un raidisseur, un fût et un chevêtre. Le sol est modélisépar des couches élastiques agissant horizontalement surles pieux, ou verticalement sous la semelle.Il modélise, les types de pieux et de fûts de pile les pluscourants et calcule lui-même les modules de réaction dusol, ses poussées horizontales, et les poids propres desdifférents éléments.

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ORTHOPLAST JEAN LEFEBVRE 03.2000 03.2005 FATET0001

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CENTRE DES TECHNIQUES D’OUVRAGES D’ART · Le nouveau pont sur la Loire à Orléans 1. Présentation du projet L’agglomération orléanaise a connu , au cours des deux dernières