les Guide de Conception (Jul 1989)

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Ministre de l'Equipement, du Logement des Transports et de la Mer Direction des Routes

Ponts-dallesGuide de conception

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Ponts-dallesGuide de conception

Juillet 1989

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Document ralis et diffus par le SERVICE D'ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art 46, avenue Aristide Briand - B.P. 100 - 92223 Bagneux cedex - FRANCE Tl. : (1)42 31 31 31 - Tlpieur : (1) 42 31 31 69 - Tlex 260763 F

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Ce document a t rdig au Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art du S.E.T.R.A. par V. LE KHAC, Ingnieur E.N.P.C.

-Sa prsentation a t assure par: Mme FAURE Elisabeth M. GILCART Jean-Pierre

Note de prsentation

Les ponts-dalles constituent le type d'ouvrage le plus rpandu et le plus construit en France, puisqu'ils reprsentent prs de la moiti de la surface totale des ponts construits ces dernires annes. Cette population d'ouvrages comprend dans une large proportion des passages suprieurs ou infrieurs routiers ou autoroutiers et, dans une moindre mesure, des ponts-rails, des tranches couvertes et des passerelles pour pitons. Leur longueur varie d'une quinzaine une soixantaine de mtres et, parfois, dpasse une centaine de mtres. Leurs traves dterminantes se situent entre une douzaine et une trentaine de mtres. Ces ouvrages sont d'aspect lanc et restent cependant robustes, grce leur monolithisme. La simplicit de leur forme et leur grande rserve de scurit constituent par ailleurs des atouts importants, ainsi que leur souplesse dans l'adaptation toute difficult d'implantation grce leur construction par coulage en place {dans le cas de trac biais ou courbe en plan ou en lvation). Ces avantages s'avrent d'autant plus intressants que ce type d'ouvrage demeure parmi les solutions de franchissement les plus conomiques, sur le double plan de l'investissement et de l'entretien. En raison de ces atouts, cette population de ponts n'a pas cess d'augmenter depuis la construction des premiers ouvrages de ce type sur l'autoroute situe la sortie Est de Marseille dans les annes cinquante et surtout depuis le dveloppement du rseau d'autoroutes en France commenc dans les annes soixante. Cet essor a t largement amplifi par une action de standardisation du S.E.T.R.A. dans la conception et le calcul de ce type d'ouvrage, ce qui a permis d'amliorer de faon sensible la qualit et la durabilit ainsi que la productivit. Le prsent document constitue une synthse et un guide de conception dtaill, tant sur l'aspect technique que sur l'aspect esthtique de ce type d'ouvrage. Le projeteur peut y trouver les renseignements ncessaires l'tablissement d'un projet d'ouvrage, aussi bien dans les lignes gnrales que dans les dispositions constructives de dtail, ainsi que des conseils dans le choix des moyens de calcul automatique. En ce qui concerne le dernier aspect, le calcul de ces ouvrages, du moins dans leur majorit, peut tre assur par les logiciels PSIDA (dans le cas de ponts-dalles en bton arm) et PSIDP (dans le cas de ponts-dalles en bton prcontraint) du SETRA. Ces programmes, ainsi que les guides de calcul associs correspondent la rglementation franaise en vigueur. Le prsent document assorti de ces guides de calculs remplace donc les documents antrieurs relatifs aux ponts-dalles, savoir les dossiers-pilotes PSIDA 68 et PSIDP 69.

P. LEMARIE Ingnieur Gnral des ponts et Chausses Directeur du Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art

Page laisse blanche intentionnellement

Sommaire

1 - PRESBaATION 1.1. MORPHOLOGIE 1.2. DOMAINE D'EMPLOI 1.3. AVANTAGES

7 7 10 21

2 - CONCEPTION2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. ELEVATION - COUPE LONGITUDINALE VUE EN PLAN COUPE TRANSVERSALE BIAIS ET COURBURE EN PLAN APPUIS - APPAREILS D'APPUI ETUDE ESTHETIQUE FONDATIONS

2323 30 31 36 37 39 52

3 - CONCEPTION DETAILLEE3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. PREDIMENSIONNEMENT ABOUTS CABLAGE FF.RRAILLAGE JOINTS DE CONSTRUCTION ET JOINTS DE COUPLAGE APPAREILS D'APPUI EN ELASTOMERE FRETTE APPAREILS D'APPUI A POT D'ELASTOMERE DISPOSITIONS CONSTRUCTIVES EQUIPEMENTS DU TABLIER

5656 68 70 75 89 93 98 99 101

4 - EXECUTION4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. CINTRE ET COFFRAGE CONSERVATION ET MISE EN PLACE DES ARMATURES BETONNAGK MISES EN TENSION ET INJECTION DES CABLES DECINTREMENT FINITIONS

706108 112 113 114 114 115

5 - DESORDRES ET DEFAUTS CONSTATES DANS LES DALLES5.1. DESORDRES INHERENTS A LA CONCEPTION ET AU CALCUI 5.2. DESORDRES ET DEFAUTS IMPUTABLES A L'EXECUTION 5.3. DESORDRES ET DEFAUTS IMPUTABLES AUX MATERIAUX

116116 119 120

ANNEXES

ANNEXE 1 : NOTE SUR LE CALCUL AUTOMATIQUE DES TABLIERS-DALLES ANNEXE 2 : BIBLIOGRAPHIE /ANNEXE 3 : TABLE DE MATIERES

125 135 137

1 - PRESENTATION DE LA STRUCTURE

1.1. MORPHOLOGIE1.1.1. Profil en long

Les ponts-dalles sont constitus dans le sens longitudinal par une dalle pleine de bton coul en place, inertie constante, trave unique ou plusieurs traves continues sur appuis simples. L'paisseur optimale de la dalle qui dpend essentiellement de la rpartition des traves et de la porte la plus longue de l'ouvrage, varie de 0,45 m 1 m. Le tablier de type PSI.DA {Passage Suprieur ou Infrieur en Dalle Arme) est arm longitudinalement et transversalement. Le tablier PSI.DP (Passage Suprieur ou Infrieur en Dalle Prcontrainte) est arm transversalement et prcontraint longitudinalement par des cbles, gnralement filants d'un about l'autre. La prcontrainte longitudinale intervient, par son effort normal et ses pousses au vide, dans le sens d'une rduction des efforts dans la structure. De ce fait, les tabliers PSI.DP ont un meilleur lancement et une consommation en aciers passifs plus faible que les tabliers PSI.DA, qu'il s'agisse des ferraillages longitudinal, transversal ou des cadres et triers. Pour les longueurs d'ouvrage ne dpassant pas une centaine de mtres, une prcontrainte filante est coup sr plus simple et plus conomique qu'un cblage comportant des arrts de cbles, mme dans le cas d'ouvrages traves dissymtriques. De plus, les moments hyperstatiques dvelopps par le cblage, de trac voisin du diagramme des moments, augmentent son efficacit dans les zones d'appuis, o les moments atteignent leurs valeurs les plus leves. Dans la plupart des cas, les appuis d'extrmit sont appuys sur des piles-cules enterres dans les talus, les traves de rive ayant pour seule fonction d'quilibrer le fonctionnement des traves principales et de franchir l'emprise du talus. Cette solution est la fois plus conomique qu'une cule massive (qui aurait prs de 5 m de hauteur) et incontestablement plus esthtique, l'ouvrage prsentant une silhouette beaucoup plus lgre et n'encombrant pas la perspective de la voie franchie. Ce dernier point peut d'ailleurs contribuer amliorer la scurit par l'augmentation de visibilit qu'il procure, particulirement lorsque la voie franchie est en courbe. Tel est le parti de base de ces ouvrages, qui prsentent un aspect net, dgag et fonctionnel, puisque mme le profane saisit aisment l'intrt de chacune des traves que comporte cette structure et qu'il apprciera les variations qu'on peut lui donner par combinaison des

divers lments complmentaires (forme des piles vues, biais de l'ouvrage, constitution du garde-corps, perrs sous traves de rive, etc.). De plus, l'lment essentiel de l'ouvrage, le tablier, est continu, ce qui exprime pour l'observateur une solution adapte au problme et conue dans son ensemble.

MPont-dalle plateforme 4 traves pour autoroutire

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V^ue des piles

et

cules

1.1.2.

Profil

en

travers

La section transversale de la dalle peut tre rectangulaire ou comporter des encorbellements. La porte maximale des traves dpend de l'importance des encorbellements, qui augmentent le rendement de la section. Cas d'un passage Avec glissire + garde-corps suprieur avec garde-corps seul

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- 9 -

Cas d'un passage infrieur comportant deux chausses spares par un vide

central

1. 1.3.

Vue en plan

Les tabliers-dalles sont dans leur majorit peu biais (biais moyen suprieur 80 grades) et faible courbure en plan. Il faut cependant noter que l'excution en place peut confier une grande libert dans la conception des formes ainsi que la possibilit de s'adapter toute difficult d'implantation et peut ainsi contribuer, dans le cas d'ouvrages en ville, l'enrichissement architectural urbain et, dans le cas d'ouvrages situs en zone d'changeur, une emprise optimale au sol.

Il parat utile, pour viter toute ambigut par la suite, de rappeler que le biais est dfini conventionnellement par 1'"angle de biais gomtrique" form par l'axe longitudinal de l'ouvrage et la direction des lignes d'appui. Cette dfinition peut parfois paratre paradoxale, dans la mesure o plus l'ouvrage est biais, plus l'angle de biais ainsi dfini est petit !

- 10 1.2. DOMAINE D'EMPLOI Les ponts-dalles constituent une solution viable pour le franchissement des brches de longueur variant de 15 m a 60 m avec des portes unitaires maximales de vingt cinq mtres environ. Il s'agit donc d'un type d'ouvrage trs frquemment utilis pour les passages suprieurs ou infrieurs autoroutiers et, un moindre degr, pour les ouvrages hydrauliques, certains ponts-rails, tranches couvertes et passerelles pour pitons. Les tabliers du type PSI.DA ou PSI.DP ont presque entirement supplant les tabliers poutres sous-chausse en bton arm couls en place compte tenu des conditions conomiques du march franais. En effet, s'ils consomment en moyenne un peu plus de bton que ces derniers, ils permettent de gagner beaucoup sur les coffrages (environ 1 m2/m2 de surface de tablier) et surtout, le gain est trs important sur les cadences d'excution. De plus, la simplicit des formes, la possibilit de rutiliser les cintres et les coffrages, l'utilisation d'une main-d'oeuvre non spcialise, donc moins onreuse, compensent une consommation plus importante des matriaux. De mme, pour les ouvrages de grande longueur (dpassant 150m), les ponts-dalles prcontraints restent galement comptitifs par rapport aux ouvrages poutrelles prfabriques prtendues (de type PRAD du SETRA).

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Pont-dalle de grande longueur

Elancement Hormis les difficults d'excution dues la sujtion du cintre dans certains cas (cours d'eau, voies en exploitation), le domaine d'emploi des dalles est surtout limit par leur faible rendement gomtrique, qui les rend peu adaptes ds que les portes unitaires deviennent importantes. Par contre, dans la gamme des portes moyennes, leur trs fort lancement constitue un atout important, tant du point de vue esthtique que technique. A titre indicatif, les lancements (rapports de l'paisseur sur la porte la plus longue) courants sont les suivants : Trave unique PSI.DA PSI.DP 1/20 1/22 1/25 Deux traves 1/26 1/28 (1) 1/25 (2) Trois traves ou plus 1/28 1/33 1/28 (1) (2)

NOTA : (1) pour dalles rectangulaires (2) pour dalles larges encorbellements

11 -

Ces valeurs donnent une ide gnrale sur l'lancement des tabliers-dalles routiers. On pourra trouver cependant dans le paragraphe 3.1. des rgles de dtail pour un dimensionnement plus fin de ces tabliers. Quant aux tabliers-dalles de ponts-rails ou de passerelles pour pitons, leur lancement sera indiqu lorsqu'on abordera les domaines d'emploi particuliers (Cf. 1.2.5.). Portes unitaires Dans le cas de la dalle en bton arm, le domaine des portes conomiques se situe entre 7 et 15 mtres pour les ouvrages 1 ou 2 traves et entre 6 et 18 mtres pour les ouvrages comprenant 3 traves ou plus. Les portes comprises entre 14 m et 25 m, voire 30 m, relvent du domaine d'emploi de la dalle en bton prcontraint avec ou sans encorbellements latraux. Cependant, la dalle larges encorbellements s'impose conomiquement pour les portes dpassant une vingtaine de mtres. Au-del de cette limite de 25 m, la relve du type PSI.DP peut tre assure par la dalle simple nervure hauteur variable en bton prcontraint, ou la dalle plusieurs nervures hauteur constante ou variable en bton prcontraint (type PSI.DN) ou par l'ossature mixte (par exemple constitue de deux poutres en acier lamin et hourdis participant en bton arm), ou enfin par une structure constitue soit par un portique avec pidroits inclins (type PSI.BQ), soit, dans des cas trs particuliers par un arc. Notons cependant que les tabliers hauteur constante s'adaptent mieux du point de vue esthtique aux franchissements prsentant un biais ou une pente longitudinale. Les deux types de structures (DA et DP) ont donc une large plage commune d'emploi, de 14 18 m de porte dterminante, et le choix d'une structure plutt que l'autre parat relever davantage de considrations locales (personnalit du matre d'oeuvre, entreprises susceptibles de soumissionner, importance du lot d'ouvrages construire) que de considrations conomiques ou techniques probantes sur un plan gnral. Dans le cadre du domaine d'emploi ainsi dfini, nous donnons ci-aprs quelques exemples montrant l'tendue des utilisations possibles des ponts-dalles avec leurs divers types de travures. On ne fera pas de distinction entre les structures PSI.DA et PSI.DP, chacune d'entre elles tant choisir en fonction des portes envisages et, dans la plage d'utilisation commune, en fonction des critres plus subjectifs qui ont t rapidement voqus ci-dessus. 1.2.1. Tabliers 1 trave

Par rapport aux ponts poutres, les ponts-dalles trave indpendante ne sont envisager que dans le cas d'ouvertures modres et lorsqu'un grand lancement est indispensable. Les cules sont de prfrence placer en tte des talus ou mi-hauteur de ces derniers. Leurs murs de tte sont alors semi-apparents et sont d'aspect mieux russi que dans le cas d'une implantation en pied des talus.

- 12

Trave unique sur cules massives

Dans presque tous les autres cas, suivant la porte de l'ouvrage et la qualit du sol de fondation, il y aura intrt recourir une structure de type cadre ou portique en bton arm (PICF-PIPO) qui, faisant participer les pidroits la flexion du tablier, permet des lancements tout aussi importants. Toutefois, ce choix n'est pas indiqu dans le cas o le tirant d'air requis est important. En effet, les murs de tte, presque obligatoirement en aile, produiraient en ce cas, un effet d'treinte latrale qui crase le passage. Ds lors il est souhaitable de faire appel d'autres types de structures tels que, par exemple les ponts-dalles une trave dont il est question ci-dessus ou ceux deux traves dissymtriques dcrits ci-aprs. 1.2.2. Tabliers 2 traves

Ce type de tablier prsente de nombreux avantages. Parmi ses nombreuses applications, remarquons qu'il s'adapte bien certains franchissements d'autoroute plate-forme rduite lorsque la largeur du terre-plein central permet l'implantation d'un appui central. Pour de tels ouvrages, les portes seront de 20 mtres environ dans le cas d'un franchissement droit et de 28 mtres environ dans le cas d'un franchissement biais 50 grades, ce qui donnera respectivement des paisseurs de 0,80 et 1,10 m.

13 Cette structure permet de rduire au minimum le nombre des appuis intermdiaires, ce qui peut prsenter un intrt lorsque les conditions de fondation sont mauvaises. Par ailleurs, l'absence de lignes d'appuis latrales rend possible un largissement ultrieur non prvu de la plate-forme par suppression des perrs et remplacement des piles par des cules avec murs en retour. La silhouette d'un tel ouvrage est lance ; elle mnage de larges ouvertures et assure une excellente visibilit, ce qui est particulirement intressant lorsque le trac de l'autoroute est incurv. Les piles cules apparentes et perches en partie haute donnent une impression de bonne assise. Il est noter enfin que ce type d'ouvrage dgage entirement les perrs ; comme leur surface croit avec la longueur du tablier, dans certains cas elle peut devenir trs importante et il est donc tout particulirement recommand d'en soigner l'tude et l'excution. Du point de vue conomique, il apparat que ce type d'ouvrage, pour un mme franchissement, est un peu plus coteux (16\) pour une dalle deux traves avec encorbellements que l'ouvrage 4 traves, mais, dans beaucoup de cas, les avantages dcrits prcdemment peuvent influencer le choix. Le tablier 2 traves peut aussi tre utilis pour certains franchissements en passages infrieurs, par exemple dans le cas d'une autoroute en grand remblai sous la forme d'un ouvrage 2 traves dissymtriques ; cette solution est naturellement un peu plus coteuse mais, si le site l'exige, elle remplace avantageusement les PICF et FIFO de grande hauteur, peu esthtiques.

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Le tablier 2 traves dissymtriques peut aussi tre retenu pour certains franchissements de gabarit normal. Dans ce cas, son emploi reste cependant li aux caractristiques du franchissement (voie infrieure, profil longitudinal de la voie suprieure) qui doivent permettre une implantation de la ligne d'appui intermdiaire ralisant un quilibre satisfaisant entre les 2 traves. De toute manire les risques de soulvement de l'about de la trave courte exigent que le rapport des portes des deux traves dissymtriques ne soit pas trop petit - la ncessit de prcautions spciales peut appara. tre lorsque ce rapport descend en dessous de 0,5, voire 0,6 dans le cas des traves biaises. A 'T'-g

141.2.3. Tabliers 3 traves

Dans les franchissements d'autoroutes, la porte de la trave centrale, qui correspond, dans le cas le plus favorable du franchissement droit, la largeur de la plate-forme de l'autoroute, ne permet pas d'employer la structure en dalle d'paisseur constante dans les meilleures conditions techniques et conomiques. Le passage suprieur 3 traves ne peut tre envisag que pour le franchissement d'une autoroute dont la plate-forme est rduite, ou pour le franchissement d'une voie une seule chausse comportant 3 ou 4 voies de circulation. Les tabliers 3 traves sont donc principalement employs dans les franchissements o la porte centrale reste assez rduite. Le rapport entre la longueur de la trave de rive et celle de la trave centrale ne devant normalement pas descendre en-dessous de 0,5, seuls certains franchissements dgageant un grand tirant d'air permettent, grce l'allongement de la trave de rive, d'atteindre un quilibre qui vite le risque de soulvement. Dans de tels franchissements, du fait, d'une part, des proportions entre les diffrentes traves et, d'autre part, de la faible largeur de la dalle et des encorbellements, qui rduisent le volume des lments porteurs, le tablier 3 traves en dalle pleine continue d'paisseur constante est le type d'ouvrage qui semble parfaitement adapt sur les trois plans technique, esthtique et conomique. Nous avons prsent ci-dessous deux exemples d'application pour une mme ouverture droite : un premier avec gabarit normal, un second avec un grand tirant d'air. Dans le second exemple, le rapport entre la longueur de la trave de rive et celle de la trave centrale est de 0,85. Il y a lieu enfin de noter que l'tude des appuis revt une importance toute particulire sur le plan esthtique, leur nombre et leur longueur produisant dans la majorit des cas un "effet de mur". Le recours des encorbellements permet de rduire cet effet, comme l'illustre le second exemple, dans lequel le grand tirant d'air augmente la surface des appuis.

15 1.2.4.

Tabliers 4 traves et plus

Le tablier 4 traves est le type d'ouvrage le plus couramment rencontr. Si son utilisation, du point de vue esthtique, peut tre discutable pour des franchissements d'autoroutes plateforme troite, dans le cas de plate-formes larges, les traves centrales, plus longues, donnent l'ouvrage un aspect plus ouvert et quilibr. Un tel ouvrage est mince (0,40 0,65 m) et donne passage aux chausses travers des rectangles assez allongs horizontalement (largeur voisine du triple de la hauteur) encadrs par des triangles (traves de rive et talus des terrassements) qui sont sensiblement des demi triangles quilatraux.

Toutefois, ces lments de l'aspect cessent d'tre heureux lorsque le tablier doit se trouver plus de 8 mtres au-dessus des chausses de l'autoroute. Dans ce cas, en effet, l'ouvrage quatre traves apparatrait comme un tablier trop mince haut perch sur des piles galement trop grles et dcoupant des rectangles centraux mal proportionns . Lorsque l'autoroute est croise par un chemin rtablir dans une section o elle se prsente en tranche de dblai de plus de 8 m, une bonne solution sera a priori celle d'un trois traves sans appui sur le terre-plein central. Il faut cependant veiller quilibrer convenablement traves de rive et traves centrales, tant du point de vue esthtique que technique. Les dalles une nervure de hauteur variable, ou plusieurs nervures de hauteur constante ou variable (PSI.DN) peuvent galement s'avrer bien adaptes, ainsi que les bipoutres mixtes (PSI.CM) et les ponts bquilles (PSI.BQ). Trs exceptionnellement, dans un souci d'esthtique marqu, un pont en arc pourra tre envisag.

16

Pont

bquilles (PSBQ)

Bi-poutre mixte IPSOM]

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Pont en arc

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Les ponts en dalle pleine continue d'paisseur constante en bton prcontraint peuvent atteindre, lorsque les cbles de prcontrainte sont filants, des longueurs de 75 mtres et plus. Cette structure peut donc tre employe pour des ouvrages 5 ou 6 traves. Cette ventualit se rencontre dans certains franchissements, par exemple lorsque d'autres voies sont juxtaposes la plateforme de l'autoroute. Dans ce type d'ouvrage la difficult premire rside dans la rpartition harmonieuse des diffrentes traves en fonction de la possibilit d'implantation des lignes d'appui.

17DIFFERBfTS CAS D'EMPLOI DES POHTS-DALLES EH PASSAGE SUPERIEUR

Petit dblai

4 TRAVEES

Remblai

Remblai ou petit dblai ^CNV/Xw

7

s=;

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Trop de voiles Donne un effet d'cran

Voiles trop longs Donne un effet d'cran

Voiles en nombre correct, mais de longueur encore importante Donne un effet d'cran

Meilleure disposition Rpartition harmonieuse entre pleins et vides qui, de surcrot, certaine transparence, agrable la perception dynamique, puis placs en retrait. donne une grce aux ap-

48b) Tablier et quipements

En ce qui concerne le profil en long, le tablier paisseur constante semble prfrable, du point de vue de l'aspect, aux tabliers paisseur variable dans le cas de franchissements biais ou avec pente longitudinale (Cf. paragraphe 2.1.). Lorsque la forme de la section transversale est dfinitivement arrte, son profil doit faire l'objet d'une tude dtaille. De mme, on doit apporter un soin particulier la conception des quipements apparents tels que les corniches et les dispositifs de retenue. Si la section transversale est rectangulaire, on devra tout d'abord dterminer l'paisseur vue de la dalle et choisir le profil de sa joue. Pour une paisseur utile donne, l'paisseur vue de la dalle peut ainsi tre sensiblement modifie afin d'obtenir des proportions harmonieuses avec la hauteur de la corniche. L'association entre la corniche et la joue de la dalle prend en gnral les formes suivantes o le type 3 (joue incline, corniche verticale) semble le plus harmonieux.

CCependant, d'autres formes de corniches sont envisageables lorsqu'une recherche d'aspect le justifie, ainsi que le montrent les exemples ci-aprs.

Corniche en GRC

- 49

Ces modles peuvent s'adapter aussi bien aux dalles rectangulaires qu'aux dalles encorbellements. Certains d'entre eux sont constitus d'lments minces donc lgers (bardage en tle d'aluminium peinte). Dans le cas d'une section transversale avec encorbellements, on peut donner respectivement aux deux plans qui composent l'encorbellement, c'est--dire celui de sa sous-face et celui de la joue de la nervure, des profils horizontaux ou inclins par rapport l'horizontale, verticaux ou inclins par rapport la verticale. Le choix entre ces diffrentes associations peut dpendre de la largeur de l'encorbellement et de l'paisseur utile de la dalle. Lorsque l'paisseur de la dalle est importante, la face incline a tendance pour l'observateur, en minimiser l'paisseur relle. Cependant cet effet d'ombre n'est rel que lorsque la largeur de l'encorbellement dpasse le double de l'paisseur de la dalle. L'inclinaison de la sous-face aura une valeur telle qu'elle rserve une section suffisante pour l'encastrement tout en laissant bien apparente la joue de la dalle ; la valeur de cette inclinaison par rapport l'horizontale, suivant la largeur de l'encorbellement et l'paisseur de la dalle, sera le plus souvent comprise entre 1/20 et 1/10. L'inclinaison de la dalle sera voisine de 1/2 par rapport la verticale.

rV20 (valpar rapport

~Tl'horizontale

1/2par r a p p o r t la vertical

1

^L_le cas d'un ancrage de BN4 encorbelle2) l'effet d'ombre ment dpasse le n'existe double que lorsque la largeur de 1 ' de l'paisseur de la dalle

(T) porter 22 dans

- 50

Dans certains cas le nombre de plans de l'encorbellement peut tre rduit en faisant varier continment le profil transversal de la dalle. Ce profil peut se prsenter sous la forme d'une ligne brise comportant une partie centrale horizontale et deux parties latrales faiblement inclines par rapport a l'horizontale; ce profil peut occasionner une conomie de coffrage lorsque la hauteur de la joue, dans certaines dalles avec encorbellements, est trs rduite. Ce profil peut aussi se prsenter, dans certains ouvrages exceptionnels, sous la forme d'un arc trs tendu.

=

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Ainsi, la section transversale avec encorbellements semble esthtiquement prfrable (effet d'ombre) en plus de la lgret et la rduction de la longueur des voiles d'appui.

En ce qui concerne les dispositifs de retenue implants en bord de tablier tel que les garde-corps et certains modles de barrires (BN1, tels BN4...), leur conception, c'est--dire le choix du type et de l'implantation, doit faire l'objet d'un soin particulier, ces lments faisant partie de ceux qui contribuent non seulement l'aspect en tant qu'lments apparents mais aussi et surtout la scurit. S'agissant d'lments participant l'aspect, leur choix doit tre fait en fonction de l'environnement dans lequel s'inscrit l'ouvrage (en rase campagne ou en ville). Dans la pratique, ce choix est faire parmi les modles existants qui ont fait leur preuve.

51 -

On trouvera dans le paragraphe 3.8 un plus ample dveloppement sur les dispositifs de retenue. Ce qu'on peut toutefois dire ds maintenant est : - Que le garde-corps et la barrire BN4 donnent l'ouvrage, grce leur barraudage, un aspect de lgret et de transparence par comparaison aux barrires BN1 ou BN2 qui sont plus "opaques" en raison de leur muret en bton. De ce fait, la prsence de ces types de dispositifs n'est pas sans incidence sur l'aspect de l'ouvrage, car ils concourent modifier la face vue du tablier. Il en rsulte que du point de vue esthtique le gardecorps ou la barrire BN4 convient plutt des faibles hauteurs de tirant d'air sous l'ouvrage, et, qu' l'inverse, la barrire BN1 ou BN2 s'adapte mieux des hauteurs de tirant d'air plus importantes. - Que les dispositifs de retenue, pour tre efficaces, doivent normalement tre soit conservs soit complts par d'autres dispositifs proximit immdiate de l'ouvrage. A titre indicatif, il est dconseill, pour des raisons tenant la scurit et l'aspect, d'arrter le garde-corps l'intersection du talus avec le tablier ou avec les cules. Les extrmits du garde-corps doivent se situer nettement au-del de cette intersection (croquis a). Tout dcrochement en plan du garde-corps doit par ailleurs tre vit (photo b).

Croquis a

Photo b Dcrochement

viter

L'objectif final est toujours d'obtenir une image compose de l'ouvrage par la mise au net et l'chelle des dessins dj obtenus pendant tout le processus de conception. Paralllement aux dessins de la vue en plan, les coupes ainsi que l'lvation, il est ncessaire d'esquisser au

52moins une perspective de faon obtenir une image du pont dans son environnement. L'harmonie entre le tablier et les appuis peut tre apprcie par une vue incline sur l'ouvrage, ou par un photomontage, moyen de plus en plus utilis, de l'ouvrage dans son cadre naturel. En conclusion, les tudes esthtiques jouent un rle important dans la conception gnrale et dtaille des ouvrages d'art. En ce qui concerne les ouvrages courants, les ponts-dalles en particulier, qui sont des ouvrages simples par essence, toute recherche en vue de rendre leur aspect encore plus sobre ne serait que souhaitable, car leur conception et leur ligne gnrales une fois figes, la faible incidence conomique [de quelques pourcent du cot de l'ouvrage] d'une telle recherche en mrite largement l'effort, compte tenu de leur impact dans l'environnement et compte tenu galement de leur longue dure de vie.

2.7. FONDATIONS 2. 7. i. Gnralits

Comme il a dj t dit, le sol de fondation est un des facteurs de choix de l'implantation des appuis et de la rpartition des traves. En outre, c'est le principal facteur de dtermination du type de fondation. De ce fait, on devra veiller intgrer dans son choix non seulement les conclusions de l'tude de sol mais galement toutes les contraintes de ralisation des fondations (blindage de fouilles, rabattement de nappe), ou celles provenant d'autres parties du projet (par exemple caniveau dans le terre-plein central, collecteur sous cunettes). Selon la nature du sol de fondation, le choix du type de fondation s'effectue entre la fondation sur semelles superficielles ou la fondation profonde (pieux ou puits). Le type de fondation le plus simple est bien entendu la fondation superficielle lorsque le bon sol est peu profond. La semelle qui repose alors sur une couche de gros bton non arm (10 cm d'paisseur environ), doit tre suffisamment paisse pour rsister tout poinonnement, sans que des armatures verticales (cadres et triers) soient ncessaires. La base de la semelle doit se situer un niveau plus bas que la profondeur de pntration du gel (profondeur hors gel), c'est--dire une profondeur comprise entre 0,50 m et 1,50 m dans les contres climat tempr comme la FRANCE mtropolitaine. Lorsque le bon sol est profond, la fondation sur pieux s'impose. En fonction de leur portance, les pieux peuvent tre soit battus (pour des portances de l'ordre de 100 t environ) soit fors (pour des portances allant jusqu' 500 t environ). Dans le cas particulier d'une fondation sur pieux sous appuis isols (colonnes par exemple), il peut tre avantageux de transmettre la charge directement au sol de fondation au moyen de gros pieux fors (ou puits) plutt que par l'intermdiaire de pieux plus nombreux.

La solution a est prfrer aux solutions b et c dans le cas d'un appui isol.

g

53 On veillera toutefois d'une part la bonne reprise des efforts horizontaux et d'autre part imposer des tolrances d'implantation des pieux suffisamment svres dans ce cas. Le cas de sols affouillables mrite une grande attention. Dans un tel cas, il est impratif d'asseoir les fondations, qu'il s'agisse de la semelle dans le cas de fondations superficielles ou des pieux dans le cas de fondations profondes, un niveau suffisant pour prserver leur stabilit dans l'hypothse d'un affouillement maximal. Il importe donc d'apporter un soin tout particulier au choix de ce niveau. Signalons encore, dans ces quelques gnralits que, dans le cas o une fondation doit tre conue pour supporter des tais, il convient de surdimensionner la largeur des semelles de fondation comme l'indique le croquis ci-aprs :

surlargeur pour

taiement

2.7.2.

Quelques

choix

particuliers

Nous examinons ci-aprs quelques cas particuliers o il est possible de donner des renseignements plus dtaills.a] Cas o la voie franchie est en dblai

C'est le cas le plus simple: suivant la qualit du terrain naturel, on adopte soit des fondations superficielles soit des fondations sur pieux pour l'ensemble des appuis. En gnral, l'ouvrage ne ncessite pas de dalles de transition, aucun tassement particulier n'tant prvoir postrieurement l'excution de celui-ci.b] Cas o la voie franchie est au niveau du terrain naturel

Deux cas sont envisager: - Le terrain naturel est de bonne qualit Dans ce cas, il est recommand d'excuter les remblais d'accs avant l'ouvrage, en utilisant un matriau slectionn et soigneusement compact dans les zones d'extrmit, et de fonder l'ensemble de l'ouvrage sur semelles superficielles, les appuis de rive tant alors fonds en tte de talus. Cette disposition prsente pour avantages de simplifier au maximum les appuis de rive. Lorsqu'un tel phasage n'est pas ralisable, on sera amen fonder les appuis de rive au niveau du terrain naturel au moyen d'une pale enterre. Cette disposition, plus onreuse, complique la ralisation des extrmits des remblais, qui doivent tre compactes avec de petits engins faible rendement, et rend gnralement indispensable le recours des dalles de transition. - Le terrain naturel est de mauvaise qualit C'est le cas lorsqu'il est prvisible que des tassements importants auront lieu sous le poids des remblais d'accs. Il devient alors quasi indispensable, pour l'conomie du projet, de raliser les remblais

54largement l'avance, de sorte que la majorit des tassements soit acquise lors de la construction de l'ouvrage. Il est alors possible de fonder les traves de rive soit sur pieux travers le remblai, soit directement en tte de celui-ci, suivant l'amplitude des tassements attendre aprs construction de l'ouvrage. La solution consistant appuyer les appuis de rive sur des pales enterres fondes sur pieux risque de s'avrer trs onreuse, voire impraticable, compte tenu des frottements ngatifs et des pousses latrales qu'auraient subir les pieux. Dans ces conditions de mauvais sol et dans la mesure o une solution classique s'avre difficile voire impossible raliser tant du point de vue technique que du point de vue conomique, nous signalons que la terre arme peut constituer une solution alternative intressante. En effet la terre arme peut alors tre employe (Cf. figures ci-aprs) pour constituer soit une cule porteuse, soit une cule mixte. Dans un cas comme dans l'autre, le massif en terre arme est raliser l'avance, afin que la majorit des tassements soit acquise lors de la construction de la cule elle-mme. Cependant, contrairement la solution de la cule porteuse, la terre arme dans la solution de la cule mixte n'assure qu'un rle de soutnement.

^

u oarme Cule

-TTTW^^^TTTT

TwwjFj^prwfrzrwrr Cule porteuse en terre

')^^/M^O>X^^^w>^^

mixte

Le problme majeur concerne naturellement les tassements du sol de fondation aprs la pose du tablier. Les sols de fondation mdiocres peuvent d'ailleurs ncessiter un traitement d'amlioration pralable. En tout tat de cause, il y a lieu de tenir compte de ces tassements dans le calcul du tablier.

2.7.3.

Interactions

sol-structure

Les caractristiques gotechniques, outre leur rle dterminant dans le choix du nombre et de l'implantation des appuis, ainsi que dans le dimensionnement des fondations, sont galement ncessaires au calcul des appuis et du tablier. En effet, les efforts dans les appuis dus au freinage (sur tablier) et aux dformations imposes (sur tablier ou appuis) dpendent des "raideurs des appuis". Ces raideurs sont fonction non seulement des caractristiques des appuis et des appareils d'appui, mais galement de celles des fondations et enfin de la nature du sol de fondation. A titre indicatif, dans le cas de fondations superficielles, la prise en compte d'une rotation de la semelle - rotation calcule partir des caractristiques du sol de fondation - a pour effet de rduire la raideur de l'appui et donc l'effort dans celui-ci, par rapport l'hypothse d'un encastrement sa base.

55

Dans le cas de sables ou d'argiles, cette rduction due l'interaction sol-structure peut atteindre 15\ sous les actions de courte dure (telles par exemple que le freinage, les actions dynamiques...). Elle est par contre faible, voire ngligeable, sous les actions de longue dure. D'autre part, comme il a t dit plus haut, l'tude du tablier doit tenir compte des tassements diffrentiels entre appuis lesquels doivent pouvoir tre dfinis par le dossier gotechnique. Les tabliers-dalles peuvent supporter, avec peu de renforcements, des tassements diffrentiels allant jusqu' 2 3 centimtres. Les dalles prcontraintes PSIDP peuvent mme supporter des tassements bien suprieurs moyennant des renforcements plus importants. Cependant les grands tassements, du fait qu'ils portent prjudice au bon fonctionnement des ouvrages, doivent tre vits par un choix appropri du type de fondation. On estime cet effet que les tassements diffrentiels ne sont pas tolrables pour les ouvrages d'art, et ceci quelle que soit la quantit d'armatures mises en place dans le tablier, ds que le rapport des tassements diffrentiels entre appuis aux portes adjacentes dpasse 1/250.

- 56

3 - CONCEPTION DETAILLEE

3.1. PREDIHENSIONNEMENT Les rgles simples proposes dans ce qui suit concernent le dimensionnement de l'paisseur de la dalle et l'estimation du nombre d'armatures de prcontrainte.

3. 1. i.

Choix du type

de

dalle

Par rapport la dalle encorbellements, la dalle rectangulaire est d'un coffrage plus simple mais devient trop lourde pour le franchissement des portes suprieures une vingtaine de mtres. Cette remarque est utile pour le choix d'une part du type de dalle (dalle rectangulaire ou dalle encorbellements) en fonction de la trave la plus longue de l'ouvrage, d'o dcoule le type d'abaque de dimensionnement de l'paisseur de la dalle.

3.1.2.

Tabliers-dalles a) Epaisseur

prcontraints conomique

D'une faon gnrale, l'paisseur conomique d'un tablier-dalle PSI.DP est essentiellement fonction : - de ses caractristiques gomtriques longueur des traves ; nombre, rpartition et

- et, un moindre degr, du profil en travers de l'ouvrage (nombre de voies chargeables...). Le problme thorique est de dterminer, en fonction de ces facteurs, l'paisseur de la dalle qui minimise le cot de l'ouvrage (tablier t appuis + fondations). En pratique ,cette paisseur dtermine qu'approximativement, compte fondations, compte tenu galement de la (bton, aciers de prcontrainte, aciers choix de la classe de vrification. conomique ne peut tre souvent tenu du choix des appuis et des fluctuation du prix des matriaux passifs) et compte tenu enfin du

57

De plus, le cot, donc l'paisseur conomique d'un tablierdalle varie non pas continment, mais "en dents de scie" suivant le nombre entier d'units de prcontrainte mettre en oeuvre dans ce tablier, particulirement dans le cas d'units puissantes. Enfin, il est remarquer que le cot d'un tablier-dalle varie peu en fonction de son paisseur au voisinage de l'paisseur conomique. A titre indicatif, une variation de l'paisseur de + 20\ autour de l'paisseur conomique ne donne lieu, toutes choses gales par ailleurs, qu' une majoration de 2% au plus du cot de l'ouvrage. Les abaques des pages 59 61 permettent le dimensionnement d'un tablier-dalle courant deux traves, trois traves et quatre traves ( * ) . Ces abaques sont tablis dans les conditions suivantes : ouvrage calcul selon la classe II , profil en travers comportant deux voies de circulation (chausses de 7,50 m + deux trottoirs de 1,25 m). Ces abaques permettent, par extension, de dterminer avec une prcision suffisante l'paisseur conomique d'autres cas d'ouvrage : tabliers-dalles plus larges (chausse comportant plus de deux voies, trottoirs plus larges), tabliers ayant des traves en nombre et rpartition quelconques (voir exemples de dimensionnement, 3.1.2). Par ailleurs, pour un ouvrage calcul selon la classe III , ces abaques permettent un dimensionnement trs voisin (par excs) du dimensionnement conomique avec cart infrieur 5% sur les paisseurs. L'utilisation de ces abaques fournit un dimensionnement conomique et satisfaisant au rglement pour un bton de rsistance caractristique 28 jours de 25 MPa dans le cas de dalles rectangulaires et de 30 MPa dans le cas de dalles larges encorbellements latraux. Ce dimensionnement ne conduira gnralement pas des compressions excessives en phase provisoire et en service. Cependant, lorsque les conditions du franchissement ncessitent la construction de l'ouvrage le plus mince possible, on pourra admettre que l'paisseur minimale technique est voisine de 0,80 fois l'paisseur conomique. On devra alors s'assurer que les compressions atteintes par le bton en phase provisoire et en service sont admissibles. Si ces dernires ne sont pas admissibles pour le bton prvu, il sera ncessaire soit d'augmenter l'paisseur de la dalle projete, soit d'exiger une plus grande rsistance du bton utiliser pour la construction de l'ouvrage, notamment la date de mise en prcontrainte de celui-ci.

( ) Pour les dalles trave unique de porte J , nous conseillons d'adopter * K une paisseur comprise entre fi/25 et S./22.

58

En ce qui concerne les encorbellements eux-mmes, leur largeur individuelle est fixe, dans l'tablissement de ces abaques, au quart de la largeur totale. Cette proportion peut tre lgrement augmente, moyennant bien entendu une consommation plus importante en armatures de prcontrainte. Dans tous les cas, la largeur des encorbellements et celle de la nervure sont dterminer de faon permettre : - Une disposition convenable des armatures de prcontrainte, de prfrence en une seule nappe dans la nervure, dans sa partie courante (loin des ancrages). L'emploi d'units de prcontrainte trs puissantes peut ne pas tre compatible avec l'paisseur du tablier et entraine, de toute faon, une surconsommation du fait d'une diminution de la hauteur utile, tout comme dans le cas d'une disposition en deux nappes d'armatures dans les zones courantes loin des ancrages. A cet effet, une estimation pralable de cette prcontrainte, selon par exemple la rgle propose au paragraphe (b), peut tre utile, notamment dans le cas de dalles trs larges encorbellements . - Un positionnement des ancrages de prcontrainte en une ou deux nappes dans les sections d'about (Cf. le paragraphe 3.3 propos du cblage). - Une implantation correcte des appareils d'appui qui se trouvent sous la nervure, de faon assurer un encastrement efficace de cette dernire vis--vis de la torsion, du moins sur cules. Quant l'paisseur d'un encorbellement, elle peut varier de (0,20 + 0,05) m l'extrmit de l'encorbellement (0,50 t 0,15) m dans la section de jonction encorbellement-nervure. S'il est ncessaire d'ancrer une barrire normale de type BN4, l'extrmit de s'encorbellement doit avoir une paisseur au moins gale 0,22 m. Le dimensionnement des encorbellements ainsi que leur calcul dtaill sont exposs dans le dossier de Guide de Calcul des tabliers dalles en bton prcontraint du S.E.T.R.A. Exemple de dimensionnement Soit dterminer l'paisseur conomique d'un tablier-dalle routier trois traves de portes : 18 m - 25 m - 20 m. L'paisseur conomique de cet ouvrage, videmment non symtrique, est voisine de celle d'un ouvrage trois traves symtriques de portes 20 m - 25 m - 20 m. Par ailleurs, le choix de la dalle encorbellements s'impose (cf. 3.1.1). Finalement, la lecture de l'abaque relatif la dalle avec encorbellements trois traves symtriques donne pour S. - 25m et 9 i - 20m : f h # 0,93 m. On adopte la valeur 0,90 m, sous rserve de pouvoir "caler" cette paisseur dans le profil en long.

59 -

DALLE PLEINE A DEUX TRAVEES075

hin)

0.70 i'20065 l'H

l.ri 0.60

l--;7

e-0.55

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

66 -

n KK U.DO

^ h,(m)

P -19 m

n finU,DU

PSIDA 3 travesf~/~~

= 8m

/ = i ; 7mn (R

-

i =16m

n RR^--\ 5m

1-.14mn AR11m-

i=l

3m

/y0.40 /=12 m >.

lOm

/ 1 1 f1

e iy10 11 12 13 14 15 15 17 18

0

1

2

;1

4\

E

67

y.

''t( m)

i0,70

=19 n1

> -

PSIDA U traves

Jl =

8m

0,65

=U n

0.60

i

l:

:16 m

i=y'0.55

im

/ // /

fi=14 n

0,50

i=13 25 m

e/0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17^18

68

3.2. ABODTS La "longueur d'about" est dfinie comme la partie de tablier dlimite par la face d'about et l'axe d'appui de la cule ou de la pilecule (croquis ci-aprs).

about

L'about comprend, dans le cas des ouvrages en bton prcontraint, une reprise de betonnage et une partie de bton de cachetage schmatises ci-aprs. axe du cble reprise de betonnage

axe de l'appui

bton de cachetage

La surface de reprise de betonnage doit avoir une forme permettant la transmission efficace des efforts d'ancrage des cbles de prcontrainte, notamment dans le cas d'un about biais, comme l'illustrent les schmas ci-aprs :

M j (2j

ancrages ligne d'appui

^ 3 ) point bas du trac m m 0 i) 0 0 B 0 0 s H

69 -

C'est cette forme de coffrage en "dents de scie" qui ncessite plus de longueur d'about dans le cas des ouvrages en bton prcontraint. Les dispositions particulires relatives aux ancrages des cbles de prcontrainte et aux aciers de frettage sont exposes aux paragraphes 3.3. et 3.4. Par ailleurs, la longueur d'about doit permettre un ancrage suffisant des armatures passives en face infrieure. Ces armatures sont destines, rappelons-le, reprendre d'une part, sur chaque appui extrme, l'effort tranchant (rduit dans le cas des ouvrages en bton prcontraint) et assurer, d'autre part, l'quilibre du coin infrieur. La longueur d'about respectant ces deux conditions. est bien entendu dimensionner en

En pratique, cette longueur d'about peut tre prise au moins gale aux valeurs ci-aprs : 0,5 (1 + Icotg ip|) dans le cas de dalles en bton prcontraint 0,1 + 15.D dans le cas de dalles en bton arm Il s'agit, dans un cas comme dans l'autre, de longueurs en mtre mesures dans l'axe longitudinal de l'ouvrage {c'est--dire suivant le biais). Dans ces expressions : i dsigne le biais gomtrique p D dsigne le diamtre du plus gros fer ancr par courbure audel de la ligne d'appui. Ces dimensions forfaitaires sont suffisantes sous rserve d'un ancrage par courbure et au-del de la ligne d'appui des armatures passives en face infrieure de la dalle.

about

rJ~l

!r' 'J-J|.c.i,

I ,>

r ^I I

1

I

0 , S n + I cotgipl j p o u r about > 0,1

daJIe

prcontrainte+ 15.D pour dalle arme

,J

Coupe biaise

longitudinale

- 70

3.3. CABLAGE Ce paragraphe concerne les tabliers-dalles comportant un cblage longitudinal (cas d'une simple prcontrainte) et, ventuellement un cblage transversal (cas d'une double prcontrainte). Notons que le recours une prcontrainte transversale, mme locale au niveau des zones les plus sollicites comme, par exemple, les chevtres incorpors, est rarement justifi, tant pour des raisons d'conomie (faible rendement) que pour des raisons d'excution (sujtions lies aux entrecroisements des armatures et galement la mise en tension des cbles transversaux). Lorsque la construction est prvue sur cintre d'un seul tenant, ce qui est le cas gnral des tabliers de longueur infrieure une centaine de mtres, la prcontrainte longitudinale est assure par des cbles filants ancrs aux abouts. Dans la partie courante (c'est--dire loin des zones d'ancrage) des tabliers-dalles bords libres parallles, les armatures de prcontrainte sont situes dans des plans verticaux parallles ]'axe longitudinal de l'ouvrage. Cette disposition est pleinement efficace dans le cas des tabliers-dalles droits ou peu biais, puisque la direction de la prcontrainte est trs proche en ce cas de la direction des plus grands moments. En revanche, dans les dalles de biais prononc, la direction des plus grands moments s'carte de la direction de l'axe longitudinal, un cblage parallle cette dernire direction peut paratre a priori moins efficace, du point de vue mcanique, qu'un cblage perpendiculaire aux lignes d'appui. En fait, des essais ont montr que le comportement la rupture d'une dalle biaise ne se trouve pas grandement modifi lorsqu'elle est prcontrainte par des cbles parallles l'axe longitudinal ou par des cbles de direction perpendiculaire aux lignes d'appui. Il apparat donc que le cblage parallle l'axe longitudinal, du fait qu'il est commode mettre en oeuvre, reste utilis dans la majorit des tabliers-dalles bords libres parallles.

Dalle

biaise

Croquis 1 [Cbles parallles

l'axe)

-

71

M J ancrages actifs ('2) ancrages passifs

zones simplement armes

Dalle

biaise

(Cbles

Croquis 2 perpendiculaires

aux lignes

d'appui]

Par ailleurs, dans le cas de tabliers-dalles courbes en plan, mais comportant des bords libres parallles, la disposition de cbles courbes et parallles l'axe longitudinal de l'ouvrage est encore conseille, pour des raisons d'efficacit mcanique et de simplicit de mise en oeuvre. La pousse au vide horizontale de tels cbles, courbes en plan, mme avec des grosses units, reste ngligeable. En revanche, la pousse au vide verticale ainsi que les efforts d'ancrage de la prcontrainte doivent intervenir dans les calculs et justifications au mme titre que les autres charges telles que les charges permanentes et les charges d'exploitation.

CroquisDalle courbe avec cbles parallles l'axe

Dans le cas de dalles bords libres non parallles, les cbles doivent tre rpartis en ventail de faon intresser toute la largeur de la dalle sur l'ensemble des sections.

72

Dalle bords non parallles avec cbles en ventail

A la diffrence des tabliers une ou plusienr;: nervures troites, il est toujours pi.)ssible dans le cas de iabllers dalles d'adapter la puissance des units de prcontrai ni e de faon l ; , disposer en une eseule nappe dans la partie courante du tablier c'est- dire loin des zones d'ancrage. Dans le cas d'un tablier dalle extrados bomb, deux arrangements de cbles sont pijssibles aux points hauts de leur trac : la premire disposition (croquis a) consiste les placer sur une mme cte et convient de ce fait aux dalles de faible largeur, la diffrence de la seconde disposition, qui convient aux dalles larges, dans laquelle la cte des cbles est variable (croquis b ) .

e

o

o

o

o

o

o;

Croquis

a

(dalles peu larges]

Croquis

b

(dalles larges)

73

Dans les zones d'ancrage de cbles de prcontrainte (c'est le cas par exemple des abouts), il est indiqu de rpartir par contre les cbles et donc leurs ancrages en deux nappes, ventuellement en quinconce, selon les dispositions prsentes ci-aprs :

0 : 0 II! 0 II 0 l!|E l 0 0 0 0 0 0

Ces croquis ont un caractre sommaire et les aciers passifs (en particulier les armatures de frettage aux abouts et les armatures en attente pour la couture du bton de cachetage), n'y sont pas prsentes. En ce qui concerne les armatures de frettage, celles-ci font l'objet d'un dveloppement au paragraphe 3.4.6. Mme dans le cas o il est possible de placer les ancrages en un seul lit, la disposition en deux lits demeure une disposition conseille, dans la mesure o elle contribue l'quilibre du coin infrieur et de la bielle d'effort tranchant en tant qu'armatures infrieures de la zone d'about. Les armatures passives, y compris les cadres et triers de cette zone, sont de ce fait diminues sensiblement. Une telle rduction s'avre d'autant plus souhaitable que cette zone figure parmi celles du tablier qui sont les plus charges en armatures. Par rapport une disposition en un seul lit, la disposition en deux lits rduit par ailleurs les contraintes de cisaillement de diffusion de la prcontrainte, souvent trs leves dans ces zones. Dans les joints de couplage (Cf. paragraphe 3.5), la rpartition des ancrages sur l'ensemble de la section est aussi favorable la reprise dos efforts de diffusion de la prcontrainte et des tractions qui apparaissent, du fait du couplage des cbles, sur la zone voisine du pourtour de la section du joint de couplage. Pour respecter les tolrances admissibles en matire de trac de prcontrainte, des "chaises" de support de cbles sont indispensables. Ces chaises sont constitues en gnral d'triers ou de cavaliers complts par des barres horizontales disposes dans le sens transversal (Cf. croquis) .

74

0

^atriers

cbles

h

i\

Asur chaises

cavaliers

barres fixes

Dans la pratique, ces chaises et barres doivent constituer au moins un point de support tous les mtres, sauf dans les zones voisines des appuis intermdiaires o ces points sont doubler, du fait de la courbure accentue du trac de cbles. Il y a lieu enfin de respecter les dispositions relatives au groupement d'armatures, aux distances minimales (distance entre armatures ou ancrages, distance des armatures ou ancrages aux parements de bton). Ces dispositions font l'objet des spcifications de l'article 10 des rgles BPEL. Le groupement des armatures de prcontrainte doit satisfaire aux conditions suivantes : - le nombre de conduits dans chaque paquet est limit : . dans le sens horizontal : 2 si 0 < 5 cm 1 si 0 > 5 cm . dans le sens vertical : 3 si 0 < 5 cm 2 si 5 cm < 0 < 10 cm 1 si 0 > 10 cm 0 dsignant le diamtre d'encombrement maximal des conduits intresss ; En application de ces clauses et dans le cas particulier d'emploi des cbles 12 T 13 ou 12 T 15, ce qui est souvent le cas dans les tabliers-dalles, les conditions deviennent plus simples et peuvent tre rsumes dans le schma ci-aprs :

75 -

7 cm pour 12 T 13

0=8 cm pour 12 T 15

c > 0, e > 0

De plus, le nombre de conduits doit tre limit l'unit dans le sens horizontal et deux dans le sens vertical, qu'il s'agisse de cbles 12 T 13 ou 12 T 15.

3.4. FERRAILLAGE Le prsent paragraphe traite du ferraillage des tabliers-dalles soit de bton arm, soit de bton prcontraint, en ce qui concerne les dispositions particulires ces types de tabliers, sans pour autant exposer les dtails de calcul qui ont dj fait l'objet de documents prvus cet effet. On se borne au cas de dalles bords libres parallles et dans le cas du bton prcontraint, aux dalles comportant seulement une prcontrainte longitudinale {Cf. paragraphe 3.3.). On fournit nanmoins des indications particulires pour les dalles bords libres non parallles ainsi que pour les dalles doublement prcontraintes. Le ferraillage dans le cas gnral est constitu d'armatures passives longitudinales, transversales et verticales (ou cadres et triers). Ces armatures passives ont pour rle essentiel de reprendre les efforts dans le bton, de rpartir les fissures ventuelles du bton et de limiter ainsi l'ouverture de ces fissures, sous certaines conditions portant sur l'enrobage, l'espacement, le diamtre des fers et surtout leur taux de travail. Notons au passage qu' la diffrence des aciers de prcontrainte, les aciers passifs n'ont pas la capacit d'empcher la formation des fissures.3.4. 1. Principe

Nous faisons tout d'abord dalles.

un bref rappel sur le calcul des

Dans un tablier-dalle bords libres parallles soumis une charge uniformment rpartie, la direction mcanique principale, c'est-dire la direction des plus grands moments de flexion, reste peu prs constante dans la partie centrale de chaque trave, partie qui est hors des zones d'appui et de bords libres. La prcontrainte, lorsqu'elle est prvue, ainsi que les charges d'exploitation, modifient lgrement cette direction,

76

du fait que ces charges ne sont pas uniformment rparties dans la majorit des cas. Cependant d'une faon globale, la direction des plus grands moments rsultants demeure comprise entre la direction de l'axe longitudinal de la dalle et celle qui est perpendiculaire aux lignes d'appui, toujours dans cette partie centrale. La figure ci-aprs reprsente titre d'illustration les lments de rduction du tenseur de flexion (Mj^ M ) et l'effort normal de la prcontrainte longitudinale au centre 0 d'une trave de la dalle.

bords lignes

libres d'appui

Dans ce dessin, on dsigne par : Ox Oy (^XiMy) l'axe longitudinal la direction perpendiculaire aux bords libres les moments principaux de flexion (y compris ventuellement l'action de la prcontrainte) par mtre mesur le long des facettes qui leur sont perpendiculaires. La direction d'un moment est, par convention, celle des contraintes qu'il engendre. l'effort normal, ventuel de la prcontrainte, par mtre mesur le long de la facette qui lui est perpendiculaire. l'angle de biais gomtrique, form par l'axe longitudinal et la direction des lignes d'appui. l'angle form par Oy et la direction des contraintes principales de traction dans le bton. l'angle de biais mcanique que forme, avec Oy, la direction mcanique. >) peut tre estime par la relation empirique suivante : l i + (100 -(p) (1 - 0,5 n ) p l =(p si r]>2

F ip 8 i|)

si n 8 p.m. (15.55 hors tout)

VUE SUIVANT

C 2 cadres ouverts B12

5 cadres 112

Corniche Rpartiteurs d ancrage

HA U e p.m.

Cadres HA 12 8 p.m.

Structure

VUE EN PLAN

Corniche (ferralUage et coffrage non reprsents 1

i filants 9 10

Rpartiteurs d ancrage 2 30 1 = 450

/ | 7,5 | 7.S | 7.5 | 7.5 | 7.5 | 7.5 | ^ ~ ^ 2 filants de noyau d 10 longueur hors boucles 50

Nota : le dessin est tait dans le cas d une corniche coule en place. La liaison du ferraillcge d'une corniche prfabrique avec l'ancrage est possible

- 83

3.4.6.

Zones

situes

aux angles

Le cas des parties de dalle situes aux angles, c'est--dire les parties dlimites par les bords libres et les abouts, mrite une attention toute particulire, du fait de l'importance des efforts (de cisaillement de torsion notamment) qui s'y dveloppent. Ces efforts sont d'autant plus importants que lorsque le biais du tablier est lev. Il importe donc de renforcer le ferraillage dans ces zones. Ces renforcements sont la plupart du temps constitus de quadrillages d'armatures de faon prsenter dans toutes directions un pourcentage au moins gal au pourcentage minimum de non-fragilit. Si le rseau d'armatures est constitu par deux directions d'armatures orthogonales, les sections d'armatures dans chacune de ces deux directions doivent tre au moins gales 1,2 /oo de l'aire du bton, ce qui reprsente le pourcentage de non-fragilit. A l'inverse, si le rseau d'armatures est compos de deux directions d'armatures non orthogonales et formant entre elles un angle a, il convient de donner chacune de ces deux sections d'armatures une valeur au moins gale (0,6/sin2a) /oo de l'aire du bton. Ceci peut conduire un pourcentage sensiblement suprieur au pourcentage minimum de non-fragilit. En effet : 2,4 "/oo pour a = 60* 4,1 Voo pour a = 45 ; pourcentages comparer au pourcentage de 1,2 /oo de non-fragilit. Ces exemples montrent qu'il est avantageux de prvoir un rseau d'armatures tel que l'angle aigu form par les deux directions d'armatures soit suprieur 60, une troisime nappe d'armatures tant par ailleurs viter, en raison des difficults encourues pour le faonnage et l'excution (mise en place des fers et btonnage). Ainsi donc ce rseau d'armatures, constitu de fers faisant entre eux un angle aigu au moins gal 60, peut tre renforc, le cas chant, par des fers de mme direction formant des quadrillages localiss dans les angles. Ces armatures de renfort sont faonner et disposer conformment au principe prsent sur la page suivante. On s'attache ce qu'ils comportent des longueurs d'ancrage ainsi que des retours suffisants. Dans ces croquis, les aciers ns 1, 2, 3, 4 sont ceux des chevtres incorpors sur piles-cules et les aciers ns 6, 6, 7 sont des aciers de renfort aux angles.

84

FACE

INFERIEURE

FACE

SUPERIEURE

ANGLES OBTUS

FACE

SUPERIEURE

FACE

INFERIEURE

ANGLES AIGUS

- 85

3.4.7.

Encorbellements

Dans le cas de dalles encorbellements latraux, les remarques prcdentes faites propos du ferraillage de la partie centrale de la dalle ainsi que les armatures de renfort dans les zones de bords libres et des angles restent encore valables. De plus, les aciers propres aux encorbellements et les aciers assurant la liaison de ces encorbellements la dalle centrale doivent tre suffisants pour reprendre les efforts dus au retrait diffrentiel, du fait du changement de section, et surtout, l'encastrement de ces dalles en console. Le dimensionnement de ces encorbellements, ainsi que le calcul de leurs aciers sont dtaills dans l'annexe 3 du document PSIDP.EL - Guide de calcul du S.E.T.R.A.. Il ne semble donc pas opportun de reproduire ici ces lments. Toutefois, il nous parat utile de prsenter sur le croquis ci-aprs le principe du ferraillage de ces zones. On notera au passage l'interdpendance de ce ferraillage avec celui du reste de la dalle, en ce qui concerne la direction, la rpartition, le diamtre et le recouvrement.

La Eorme et la disposition des fers 1 culier illustres.

2, 6 et 7 sont en parti-

Parall]ement ces aciers transversaux, le ferraillage longitudinal, les cadres, les armatures de prcontrainte ainsi que les supports de ces dernires sont aussi prsents sur ces dessins. Il convient de remarquer d'une part le bon recouvrement des aciers 1 - 6, 6 - 7 et d'autre part l'ancrage suffisant des fers 1 et 2 dans la partie centrale de la dalle. Par ailleurs, la fermeture de la section, qu'il s'agisse de la partie centrale ou des encorbellements, est entirement assure par des aciers, ce qui est d'autant plus ncessaire que le tablier est biais ou courbe en plan. De mme, il est indispensable de doubler les aciers 1, 2 et 3 dans la zono de dalle situe dans chaque angle de tablier sur une longueur, compte partir de l'about, gale 1,5 fois la porte de l'encorbellement, en raison des efforts accrus qui s'y dveloppent.

86

MJ

encorbellements

(TJ

aboutzones renforcer

Il importe, comme dans le cas des fers 1 et 2, de bien ancrer les fers transversaux de renfort dans la partie centrale de la dalle. L'attention est enfin attire sur le cas de dalles comportant des encorbellements relativement massifs tels que ceux prsents sur les croquis ci-aprs :

c;

encorbellements

Leur grande rigidit relative (par rapport aux nervures) fait qu'une partie non ngligeable d'efforts, en particulier efforts de flexion longitudinale, transite dans ces parties en encorbellement, notamment dans les zones de liaison avec les nervures (zones doublement grises sur les dessins). Il est donc normal et indispensable que ces zones soient aussi bien armes en armatures longitudinales (faces suprieure et infrieure) que les nervures. L'insuffisance de telles armatures est la cause principale de quelques fissurations transversales dans ces parties de dalle, surtout dans le cas de dalles non pourvues de prcontrainte longitudinale. Ces fissurations entranent un report d'efforts sur les nervures qui leur tour peuvent tre fissures en cas d'insuffisance d'armatures.

3.4.8.

Abouts

La dfinition des abouts a dj t prsente au paragraphe 2.2. On expose dans ce qui suit le principe de la disposition du ferraillage dans ces zones.

87

Le ferraillage d'un about est constitu d'armatures destines

:a) la reprise des efforts de flexion et d'effort tranchant dans les chevtres incorpors d'about, l'quilibre de la bielle d'about l'quilibre du coin infrieur la reprise des efforts de la diffusion de la prcontrainte, dans le cas d'un tablier prcontraint.

b) c) d)

A l'exception des armatures (a) qui sont spcifiques aux dalles et qui ont dj fait ce titre l'objet d'un dveloppement au paragraphe 3.4.2., 1er, autres armatures sont prvoir aussi bien dans les dalles que dans les poutres. Les armatures (b) et (c) sont constitues de cadres verticaux et d'armatures longitudinales en face infrieure (dans la zone d'about, au voisinage des appareils d'appui). Dans les tabliers-dalles prcontraints, l'quilibre du coin infrieur doit tre surtout assur la mise en tension en l'absence du bton de cachetage, c'est--dire avec une longueur d'about rduite, pendant la priode de construction. De plus, les armatures longitudinales en face infrieure dans la zone d'about doivent tre bien ancres au-del de la ligne d'appui, avec des retours suffisants (crochets, armatures en U...). Enfin, ces armatures (b) et (c) sont sensiblement rduites si les cbles de prcontrainte sont ancrs sur deux nappes, comme cela a dj t signal au paragraphe 3.3. En ce qui concerne les armatures (d), celles-ci sont composes de deux types, non cumulables entre eux. - un premier systme constitu d'aciers de frettage de peau et d'aciers de frettage d'clatement, placs au voisinage immdiat de chaque ancrage de prcontrainte et selon des directions perpendiculaires l'axe des cbles. - un deuxime systme compos d'aciers d'quilibre gnral, toujours perpendiculaires l'axe des cbles, et disposs dans une zone de bton plus tendue derrire les ancrages de prcontrainte. Ces aciers sont destins reprendre les efforts, de traction et surtout de cisaillement, dans cette zone, dus la diffusion gnrale de la prcontrainte. Les aciers horizontaux sont prolonger dans les encorbellements, lorsque ceux-ci existent, de faon quilibrer galement les efforts de cisaillement la jonction nervure-encorbellements .

88

Les croquis joints illustrent le principe du ferraillage de ces zones d'about. L'attention est particulirement attire sur ce que la continuit des aciers de frettage de peau et des aciers de frettage d'clatement soit assure entre ancrages, aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal, ce qui est le cas des aciers n* 2, 3 et 4 sur les dessins.

DETAILS DE FERRAILLAGE D'UN ABOUT

(Dacier de de peau frettage

..aciers participant la reprise des efforts d 'clatement et de diffusion gnrale bton de cachetage

COUPE

0

89

3.5. JOINTS DE CONSTRUCTION ET JOINTS DE COUPLAGE Pour les ouvrages de longueur suprieure une trentaine de mtres, des joints de construction sont ncessaires dans la majorit des cas. Ces joints constituent des points faibles par suite d'une diminution de la rsistance du bton. Cette diminution est aggrave par des tractions, qui sont plus ou moins importantes selon les prcautions apportes la mise en oeuvre du bton et qui sont dues la chaleur d'hydratation du bton de la partie nouvellement construite. Ces sections sont d'autant plus faibles qu'elles comportent des ancrages ou couplages d'armatures de prcontrainte. Vis--vis de la chaleur d'hydratation, il y a donc lieu de contrler et d'viter toutes contraintes de traction trop fortes dans le bton, notamment dans le cas des pices massives. Pour ces raisons, ces joints sont de prfrence localiser dans les sections de faibles moments. Il y a galement lieu de compenser la diminution de la rsistance en traction du bton par des armatures passives de renfort disposes proximit du joint et dans cette partie de nouveau bton. Les joints comportant un couplage d'armatures de prcontrainte mritent quant eux une mention particulire, mme si leur comportement semble assez bien apprhend l'heure actuelle. Bien entendu, comme dans la majorit des cas, cette exprience n'a pas t acquise sans quelques dsordres rencontrs dans le pass sur les ouvrages comportant des couplages d'armatures dont on a constat les dfauts suivants : 1) Trop de coupleurs concentrs dans une mme section et, de surcroit, pas assez rpartis dans toute la section. 2) Insuffisance d'armatures passives traversant ces joints de couplage. 3) Dislocation de la section du joint avant que le nouveau bton soit prcontraint, ce qui se traduit par une impossibilit du nouveau bton suivre les dformations dues au fluage de la partie btonne en premire phase, du fait des contraintes de compression assez leves derrire chaque ancrage. De ce fait, des tractions se produisent dans le bton adjacent et derrire chaque ancrage. Ces tractions peuvent entraner une fissuration du bton, si elles ne sont pas reprises par une prcontrainte continue traversant le joint. Des armatures passives sont donc placer prs de chaque ancrage de faon rpartir les fissures et limiter ainsi leur ouverture. Aprs la prcontrainte du nouveau bton par des cbles coupls dans la section du joint, les conditions sont inverses celles dcrites prcdemment. En effet, des compressions accrues prennent naissance dans le bton prs des cbles, alors que des tractions se produisent dans le bton situ une certaine distance des cbles. Ces tractions seraient diminues, voire mme ngligeables si chaque coupleur pouvait se dplacer librement dans le nouveau bton, l'intrieur

90 -

par exemple d'un dispositif, appel capot. Tout l'effort de prcontrainte serait alors report sur la section de joint, et non plus la moiti de cet effort comme dans le cas d'absence de capotage. En rsum, il se produit, dans une section de couplage, une distribution non uniforme de contraintes de compression du bton. Paralllement, des contraintes de traction prennent naissance dans le bton situ dans la zone du pourtour de la section, et ces tractions sont d'autant plus fortes que cette section est plus tendue (effet Mehlhorn). Il est indiqu par consquent de limiter le nombre de cbles coupls dans une section de joint et de les rpartir sur l'ensemble de cette section. Sur le plan de la normalisation et la diffrence des codes antrieurs, les rgles BPEL sont explicites en la matire. Ces rgles fixent moiti le nombre maximum d'armatures couples dans une section et apportent des dtails de calcul des aciers passifs de frettage (Cf. BPEL, article 6.1,5 et annexe 4).

cbles disposs en quinconce

joint

de

couplage

cbles

continus-i

joint coupleur

de

couplage

91

JOINT

DE

COUPLAGE

O(1) (2j (3) (A)

VV/ ^voir\yJ

dtailsV^/

Avec les phases suivantes : Partie I prcontrainte

Partie II btonne, le comportement du joint est celui d'un joint de construction Partie II prcontrainte Situation dfinitive, deux cas distinguer selon les dtails TAJ et ( B ) ci-aprs o b et d dsignent respectivement la largeur et la hauteur de la pice.

d:1

drl

It

^Dtail () (sans capotage)

IDtail (^

(avec capotage)

Dispositions conseilles

k..

Q)

W-

au plus moiti de cbles coupls, ceux-ci devant tre munis de capota selon modle agr. prcontrainte rpartie sur la section de couplage.

Taj rbles continus armatures de frettage suffisantes. (b) cbles coupls

Schma d'un coupleur (procd brevet)

SECTION S

- Partie I (Ancien bton)

(Nouveau bton)

92 -

c:::^(Y),(Y) Aciers de de peau frettage

[ft

'^

\2J(4J.(5jAciers

de d'clatement diffusion

frettage et de gnrale

3 0

0

e

:

() 3

(3)

93 -

3.6. APPAREILS D'APPOI EN ELASTOMERE FRETTE L'aptitude du caoutchouc se distordre a t valorise ds les annes 50 par FREYSSINET sous forme d'appuis en polychloroprne ("Noprne" chez du Pont de Nemours) fretts. Le caoutchouc assurait alors non seulement la fonction de rpartition, mais galement les fonctions de dplacement et rotation. Sous la premire forme, ces appuis fretts comportaient des empilages alterns de feuilles d'elastomere de 5 mm et de grillages en acier ou de tle en acier inoxydable rugueux. C'est en 1957 qu'on a substitu ces frettages par des tles adhrises 1'elastomere, ce qui permettait, grce la meilleure efficacit du frettage, une augmentation considrable des charges admissibles, nanmoins accompagne d'une diminution de la souplesse en rotation ( dimensions gales). L'adhrisation est obtenue sous presse lors de la vulcanisation. Nous pouvons rsumer comme suit les lments essentiels de dimensionnement dans le cas particulier des appareils d'appui rectangulaires. 3.B.I. Dimensionnement a) des appareils Dfinitions-Notations d'appui en elastomere frett.

Il s'agit d'appareils d'appui fretts rectangulaires de dimensions efficaces a x b en plan, d'paisseur totale T (frettes non comprises), comportant n feuillets d'paisseur t, (T = nt). Notons au passage que leur constitution monobloc avec faces extrieures en elastomere rduit le risque de cheminement sous faibles charges et constitue une protection efficace contre la corrosion. Par ailleurs, la protection des chants est assure par un revtement ou par un enrobage en elastomere. Dans les cas usuels, l'paisseur de feuillet elastomere est choisir parmi les valeurs standard 8, 10, 12 ou 15 mm. Celles-ci correspondent aux frettes d'paisseur (note tg) respective de 2, 3, 3 et 4 mm. On dsigne par 200x300x3(8+2), l'appareil d'appui, qui comprend: les dimensions efficaces en plan de 200 mm par 300 mm 2 couches extrieures d'elastomere de 4 mm 2 couches intermdiaires d'elastomere de 8 mm 3 tles intermdiaires de 2 mm en acier.

On dsigne dans la suite par P, l'effort vertical sur l'appareil d'appui dimensionner H, l'effort horizontal sur cet appareil d'appui o = P/ab

94 -

Gi

(resp. (J2), le module de cisaillement sous charge de longue dure (resp. courte dure) Valeurs courantes : Gi = 0 , 8 MPa, G2 = 1,6 MPa

Ug, la distorsion sous les charges de longue dure telles que la prcontrainte, retrait et fluage du bton.

b]

Dimensions

en plan fa x b) d'un

appareil

d'appui

Celles-ci sont dtermines par les conditions suivantes : ^ 0 < G a.b t(a+b) o < 15 MPa Cette limite, de 15 MPa, est rduire dans le cas o l'appareil d'appui se situe proximit d'une arrte ou d'un parement. REMARQUES 1) Si o