Ouvrages d'art...Ouvrages d'art N 55 juillet 2007 OUVRAGES MARQUANTS Le concours de maîtrise d’œuvre Compte-tenu de la haute technicité requise pour l’ouvrage et de son fort

service d'Études

techniques

des routes

et autoroutes

Sétra

Ouvrages d'art

n° 55 - juillet 2007

Ouvrages d'artN°55 juillet2007 �

Le pont Flaubert à Rouen Un pont levant exceptionnel

FrédéricCarmillet ☛P.2

Application des nouvelles normes (Partie I)Détermination des efforts horizontaux dans un système d’appareils d’appui à plan de glissement ou de roulement

YvesPicard ☛P.14

Éclairage publicQuelques éclaircissements pour les maîtres d’ouvrages

JacquesBerthellemy ☛P.23

Étanchéité des ponts par feuille préfabriquée bitumineuseLa semi indépendance : fausse solution au vrai problème des gonfles

MichelFragnet ☛P.28

Bilan des investigations effectuées sur des ouvrages en terre armée

GilbertHaïun,Jean-MarcJailloux,FabienRenaudin ☛P.31

Approvisionnement en tôles d’acier pour ouvrages d’art

JacquesBerthellemy ☛P.36

Le Capsigum remplace le ComprigumMichelFragnet ☛P.37

Stages ☛P.37

Les dernières publications Ouvrages d'art ☛P.38

SOMMAIREBulletin du Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art

Directeur de la publication : Jean-Claude Pauc. Comité de rédaction : Thierry Kretz, Emmanuel Bouchon, Angel-Luis Millan, Gilles Lacoste (Sétra),

P i e r r e Pa i l l u s s e au (C ete du Sud -Oue s t ) , Vé ron ique Le Me s t r e (C gcp /M igt 05 ) , Je an -Chr i s t ophe Ca r l e s (C ete Méd i t e r r ané e ) ,

Michel Boileau (Dde 31), Bruno Godart (Lcpc). Rédacteur en chef : Nicole Cohen (Sétra) - té l : 01 46 11 31 97. Coordination et

réalisation :EricRillardon(Sétra)-tél:0146113342.Impression :Caractère.2,rueMonge-BP224-15002AurillacCedex-ISSN:1266-166X-©Sétra-2007

� Ouvrages d'artN°55 juillet2007

åVIèmefranchissementdelaSeine

çVoierapideSudIII-1èresection Miseenserviceenfévrier1997

éVoierapideSudIII-2èmesection Encoursdetravaux

Le pont Flaubert à Rouen Un pont levant exceptionnel

FrédéricCarmilletOUV

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Genèse difficile

Nécessité d’un franchissement à l’ouest de l’agglomération

Nécessitéreconnueparlesacteursinstitutionnels,leprincipe d’un sixième franchissement de la Seine àRouensetrouvaitdéjàinscritdansleschémadirecteurd’aménagement d’urbanisme approuvé en 1972dans le cadre d’une liaison Nord-Sud à l’ouest del’agglomérationreliantl’autorouteA150àl’autorouteA13.Cetteliaisondoitpermettre:

d’améliorerl’environnementurbainendéchargeantles quartiers ouest de l’agglomération d’un traficimportantdetransitetd’échange(traficattendusurl’ouvrage: environ50000 véhiculespar jour, dont9%depoids-lourds);

de f luidi f ier le t raf ic dans la t raversée del’agglomération (le projet est d’ailleurs intégré auplandedéplacementurbain);

dedévelopperlesactivitéséconomiquesetfavoriserleséchangesinter-régionaux.

Cetteliaisonadébutéparlaréalisationdel’autorouteA150aunorddeRouen.Ausud,laliaisonavecl’autorouteA13s’estterminéeaveclamiseenserviceen2003deladernièresectiondelaRN338(liaisonSUDIII).Restait donc le raccordement entre les deux rives.Après étude, c’est un tracé proche de la ville qui aétéretenu,cequiaposédesdifficultés importantesd’insertionurbaine.

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Figure 1 : agglomération de Rouen et liaisons autoroutièresSource : Dde 76

Le problème du franchissement de la Seine et du gabarit

Le choix entre un tunnel et un pont a pendant denombreusesannéessembléinsoluble:

la solution tunnel, la moins contraignante pourl’activité nautique sur la Seine, présentait denombreuxinconvénients:coûtsélevés(constructionetexploitation),conditionsd’exploitationréglementéespouvantconduireàmaintenirun traficpoids lourdsurlespontsexistants,éloignementdeséchangeursdeplusieurscentainesdemètresparrapportauxrivesdelaSeinedûàlaprofondeurd’enterrementdutunnel,aléastechniques;

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< LE HAVRE

A�50

PARIS >

A�3

Ouvrages d'artN°55 juillet2007 3

Le pont Flaubert à Rouen - Un pont levant exceptionnel

Figure 2 : gabarits de navigation – Source : Dde 76

Figure 3 : vue en plan – Source : Dde 76

la solution pont fixe(àgabaritfluvial,soit7mètresau-dessusdesPlusHautesEauxNavigables(Phen))nepouvaitêtreretenuecarellenepermettaitpasdemaintenirleterminalcroisièreexistantàproximitéducentrevilleetempêchaitd’organiserl’Armada(grandrassemblementdevoiliers)aucœurdelaville.Lasolutionpontfixeàgabaritmaritime(detypepontdeNormandie, soit55mètres au-dessusdesPhen)posaitquantàelledesdifficultésd’insertiondanslesitecompte-tenudelaproximitédelaville.

De ces contraintes apparemment incompatibles,le pont levant est apparu comme un compromis(figure2)permettantdeconcilieractivitésnautiques,ouvragedeproximitéetinsertionurbaine.Ilpermeteneffetdeconserveraucœurmêmedelavilleledéroulementdemanifestationsmaritimesderenomméemondialeainsiqu’uneactivitécroisière.

Le financement

Une fois le principe d’un pont levant retenu,l’opérationaétédécomposéeendeuxphasescompte-tenudel’importancedesfinancementsàmobiliser:

le projet fonctionnel,d’uncoûtprévisionneltotaldeprèsde150M€(9M€pourlesétudes,6M€pourlesacquisitionsfoncières,70M€pourl’ouvragelevant,30 M€ pour les viaducs d’accès et 35 M€ pour lesraccordementsroutiers),permettantlamiseenserviceen2008d’unetrancheopérationnelle,quicomprendlaréalisationdupontlevant,desviaducsd’accèsetdesraccordementsàniveauauréseauexistant(laclédefinancementétantlasuivante:État:27,5%,RégionHaute Normandie: 27,5 %, Conseil général de laSeineMaritime:35%,Communautéd’agglomérationrouennaise:10%);

le projet définitifquipermettrauneliaisonNord-Sud avec échangeurs dénivelés mais qui reste àfinancer.

Lesdeuxphasesontétédéclaréesd’utilitépubliqueen2001.

Néanmoins, le choixd’une telle solution,pouruneliaisonà2x3voiesetcompte-tenudusiteetdutirantd’airàdégagerenpositionhaute(55mètresdehaut,120 m de portée), en faisait un ouvrage unique aumondeparsesdimensions(figures3et4).Celanécessitaitdoncuneorganisationparticulière.

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Figure 4 : profil en travers d’un tablier – Source : Dde 76


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Le concours de maîtrise d’œuvre

Compte-tenu de la haute technicité requise pourl’ouvrageetdesonfortimpactvisuel,lechoixaétéfaitdelancerunconcoursdemaîtrised’œuvre,afindefavoriserlacréativitétechniqueetarchitecturale.Ilfautnoterquelechoixdumaîtred’ouvraged’imposerdeuxtabliersdevantseleverindépendammentl’undel’autrepourdesraisonsd’exploitation(afindegarderlapossibilitédecirculerdanslesdeuxsenssuruneseuletravéelevantesimaintenancelonguesurl’autre)aétéunefortecontraintepourlaconception.Eneffet,celaaautomatiquementexclulessolutionsavecuntablierlevantunique,etrendupeucompétitivetoute solution avec un pylône central (du fait desdifférencesdecharges’appliquantsurlepylônesiundestabliersn’estpasàlamêmehauteur).

Desquatrepropositionsprésentées,lejury,comprenantle maître d’ouvrage et des élus locaux, a retenu endécembre1999leprojetdugroupementdeconcepteursEegSimecsol(devenuArcadis)–MichelVirlogeux–AymericZublena–Eurodim–Serf(figure5).

Au sein de ce groupement, les rôles étaient lessuivants:

bureaud’étudeStructurePontlevant:Arcadis,bureaud’étudemécanismes:Eurodim,bureaud’étudeStructureViaducsd’accès:Serf,Architecte:AymericZublena,Consultant:MichelVirlogeux.

Mission confiée au lauréat

La mission confiée au lauréat du concours est unemaîtrise d’œuvre particulière d’études pour le pontlevant et les viaducs d’accès. Elle comprend leséléments avant-projet, projet, assistances pour lapassation des contrats de travaux et visa des plansd’exécution,ainsiqu’unemissiondesuividechantierpourlapartiemécanismes.

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Figure 5 : vue d’ensemble du projet retenu – Source : Dde 76 Figure 6 : schéma du caisson du tablier levant – Source : Dde 76



La conception du pont levant : principes généraux

Compte-tenudelaproximitédelavilleetdesactivitésportuaires,lesconcepteursontprivilégiésimplicitéetlégèretépourl’ouvrage(figures6et7).

Celaapermisunemeilleure inscriptiondans lesitemais aussi d’assurer un fonctionnement structurelsain et de maîtriser les coûts de construction et demaintenance.

Levolumedespylônesetdetousleséquipementsdelevageentête(«papillons»)aainsiétéoptimisé,avecdesformesetdesstructurestrèssimples,quinesontsoumisesqu’àdeseffortsdecompression(endehorsdeseffetsduvent).

Celaaconduitlesconcepteursà:dédoubler les pylônesdechaquerivepouralléger

l’aspectgénéral,insérer quand cela était possible les éléments

mécaniquesdansles socles(appuisenSeine,servant

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debaseauxpylônes)pourlimiterlatailledesélémentsvisiblesau-dessusdel’eau,

retenir le principe de levage par câbles, avec descâblesapparents,

optimiseretaffinerlagéométriedestêtesdepylônes,leurdonnantcetaspectde«papillon»enexcentrantnotammentlespouliesparrapportauxpylônes.

La protection contre les chocs de bateau : les gabionsLecalagedéfinitifdutracépositionnel’ouvragedansunecourbedelaSeine,cequirendlanavigationentrelesappuisdel’ouvrageplusdélicate.Des études trajectographiques précises ont doncété réalisées pour simuler le passage de bateau(figure8).Ellesontmontrélanécessitédeprévoirdesouvragesdeprotectioncontreleschocsdebateau.Quatregabionsontdoncétéajoutésauprojet.Ilssontconstituésdecylindresdebétonde16mètresde haut, de 20 mètres de diamètre avec des voilesd’unmètred’épaisseurremplisdematériauayantunedensitéélevée.

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Figure 7 : éléments constitutifs de l’ouvrage – Source : Dde 76 Figure 8 : simulations de trajectoires de bateaux – Source : groupement Moe


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La conception du système de levageLe système de levage repose sur des principes trèssimplesetrobustes:

chaquetablierde1300tonnesestreliéàunesériede16câbles(figures9et10);

parunsystèmederenvoisdepoulies(2pouliespourchaque câble), le câble est renvoyé dans le pylôneopposéàlatravée(surlafigure9cf.flèchebleue);

lescâblessontreliésàdessystèmesdecontrepoids(de900tonnesenviron)danslepylôneopposé;

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Figures 9 : principes du système de levage – Source : groupement Moe

Contrepoids900t

Travée1300t

Treuils400t

unepartiedescontrepoidsestreliéeàl’aided’autrescâbles (câbles moteurs) à des treuils situés dans lesocle;

latravéeestlevéeparenroulementdescâblesmoteurssur les tamboursde treuils, et guidéeparun rail lelongdupylône.

Ilestprévuenviron30levagesparan.

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Figure 10 : vue en plan des poulies - répartition des câbles – Source : groupement Moe

Photo 1 : essais en soufflerie – Source : groupement Moe

Conception et fonctionnement des câblesLescâblesconstituentundesélémentsessentielsdel’ouvrage,etunepartied’entreeuxsontàl’airlibre.Leurconceptionetleurutilisationontdoncfaitl’objetd’uneattentiontouteparticulière:

lescâblesextérieursontundiamètrede85mmetsontcomposésde8toronsextérieursavecunnoyaucentral;

ilsontreçuuneimprégnationplastiquespécialeainsiqu’uneinfiltrationplastique;

tous les câbles sontdoublés et fonctionnentdoncparpaire,cequiassurelaredondance;

mêmeenpositionbasse,latravéerestepartiellementsuspenduesur lescâbles.Celapermetde limiter lesvariationsdechargedanslescâblesetdoncdelimiterleseffetsdefatigue;

laliaisoncâble/travéeaétéréaliséeàl’aidederotulesélastomères frettées pour permettre des rotationsrelativesdescâblessans«à-coup».

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Les effets du ventCompte-tenude laconceptionretenue, la structureestnaturellementsensibleauvent.Les effets du vent ont donc été étudiés en détail(réalisationd’essaisdesection,demesuresinsitupuisd’essaisavecunmodèleaérodynamiquephoto1).

Alasuitedecesessais,laconceptiondelasectiondesdeuxtravées levantesaétémodifiée(profil«enailed’avioninversée»pourunmeilleurécoulementdel’airetuneffetdeplaquagedestravéessurleursappuis)etdesamortisseursdynamiquesaccordésontétéprévusàl’intérieurdestravées.


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La construction de l’ouvrage

L’opération complète nécessite la construction dupontlevant,desviaducsd’accèsetdesraccordementsroutiersdecesouvragesàlavoierapideSUDIIIetàl’AutorouteA150.

Lesviaducsd’accèssontdesouvragesmixtesfixesde2x410mètres en rivedroite et2x170mètres enrivegaucheconstruitsparlançageouposeàlagrueselonlestravées.

La construction du pont levant a été confiée augroupementQuille-Eiffage-Eiffel-VictorBuycket laconstructiondesviaducsd’accèsàl’entrepriseBaudin-Chateauneuf.

La construction des appuis en Seine (socles)

Des contraintes importantes…Les appuisde l’ouvrage levant (socles) posaientdesdifficultésderéalisationtoutàfaitinhabituellespourplusieursraisons:

dimensions importantes (ellipsesde35mx20mpour15mdehaut);

interdictiond’utiliserlespalplanchesd’unéventuelbatardeau comme coffrage latéral perdu (choixarchitecturaletsécuritévis-à-visdeschocsdebateauxpendantlestravaux);

contraintes de navigation fluviale importantes(impossibilité de fermer à la navigation plus de12heuresdesuite).

Une méthode de réalisation particulièreLe choix des entreprises s’est donc porté sur uneméthode de construction peu courante (dont

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Photo 3 : socle après descente par vérinage (à gauche) et gabion en attente de descente (à droite) – Source : Véronique Martins (Dde 76)

Photo 2 : coffrage glissant d’un socle – Source : Véronique Martins (Dde 76)

Photo 4 : réalisation du fond de radier d’un gabion à l’aide de sections préfabriquées – Source : Véronique Martins (Dde 76)



le principe avait déjà été utilisé pour le pont deNormandie):1) réalisation des pieux à partir d’une estacade

(photo4);2) préfabricationdufondderadierparéléments;3) posedecesélémentssurlesgainesmétalliquesdes

pieuxrehausséespourêtreau-dessusduniveaudel’eau(photos4et5);

4) bétonnagedu fondderadierpour solidariser leséléments;

5) réalisation des parois latérales du socle à l’aidede coffrage glissant (i.e bétonnage en continu)(photo2);

6) butonnage des parois latérales du socle pourreprendrelapousséedel’eau;

7) descente du socle à sa cote finale à l’aide d’unsystèmedevérins(photo3);

Photo 7 : gabion terminé reposant sur des gaines métalliques provisoires avant descente en fond de Seine – Source : Véronique Martins (Dde 76)

Photo 6 : installation du système de vérinage pour descente d’un gabion (avant réalisation des voiles latéraux) – Source : Véronique Martins (Dde 76)

Photo 5 : pose d’un élément préfabriqué de radier de gabionSource : Véronique Martins (Dde 76)

8) solidarisationdusocleaveclespieux;9) béton de propreté et nettoyage du fond du

socle;10)bétonnageduradierpleinehauteur(4m);11)réalisationduplancherintermédiairedusocle;12)fermeturedusocle.

La construction des gabions de protection

Laconstructiondesgabionsaétéréaliséedemanièreanalogueauxsocles.Néanmoins,contrairementauxsocles,enphasedéfinitive,lesgabionsreposentsurlefonddeSeine,passurdespieux.

IladoncfallubattredesgainesmétalliquesuniquementpourlaphaseconstructionauniveaudelaSeineetlesdimensionnerenconséquence.

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La construction des pylônes

Lespylônessontconstituésde4cylindreselliptiquesdebétonde66mètresdehaut.

Pour réduire les volumes verticaux, leur sectionelliptique est très réduite (4,35 m x 9,50 m pourdesvoilesde35cmseulement)etaétéconçuepouraccueillirauplusjuste(figure11):

lacaged’ascenseur,lescontrepoids,passerellesdecirculationlatéraleainsiqu’uneéchelle

àcrinoline.

Ilsontété réalisés surplacepar levéede4mètresàl’aide de coffrages métalliques grimpants sans tigestraversantes(lecoffrageestconstituédedeuxdemi-coquesquisontserréesentreellesetdonccompriméessurl’élémentdepylôneprécédent,cequipermetdes’affranchirdetigestraversantes),(photos8et9).

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Des joints de coffrage…finalement bien marquésLeprojetprévoyaitderéaliserlespylônes«sansjointapparent»entreleslevées.Laméthodede l’entreprise imposaitdes joints tousles4mètres.Unélémenttémoinde8mètresadoncétéréaliséafindetesterplusieurssolutionspourlareprisedujoint.Devant la grande difficulté pour obtenir des jointsnon-marquéshomogènesvulagéométrieelliptique,ilaétédécidéenconcertationavecl’architected’opterplutôtpourdesjointsmarquésnets.Ce choix a permis de maîtriser l’effet attendu etsurtoutdegarantir l’homogénéitéde tous les jointsàréaliser.

Figure 11 : encombrement des ascenseurs et contre poids – Source : Dde 76

Photos 8 et 9 : réalisation des pylônes par coffrages grimpants – Source : Véronique Martins (Dde 76)

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Les travées levantes et les papillons : fabrication, transport et pose

Fabrication en usineLestravées(1300tonneschacune)etles«papillons»ont été complètement préfabriqués en usine (enBelgique et en Alsace), chaque entreprise dugroupement(EiffeletVictorBuyckSC)réalisantunpapillonetunetravée.

Lespapillons(450tonneschacun)sontlesstructuresen tête des 4 pylônes béton qui solidarisent les 2pylônesd’unmêmesocleetsupportentlesystèmedepouliesetlepassagedescâbles.Cesontdesstructurestubulaires(composésdetubesde1mètredediamètreetde18mmd’épaisseur),avecune géométrie assurant principalement des effortsnormauxdanslestubes.

Celaapermis:d’obtenirunegrandeprécisiongéométrique,d’éviter des activités à grande hauteur pour les

papillons.

Installation des blocs pouliesLespouliesetleursaxesontdûêtreposésaprèsrelevagedespapillonsàRotterdam(unefoislesdiversouvragesàgabaritfluvialpassés),(photos12et13).

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Photos 10 et 11 : fabrication des travées – Source : Véronique Martins (Dde 76)

Photo 13 : papillon avec poulies – Source : Véronique Martins (Dde 76)Photo 12 : relevage d’un papillon à Rotterdam – Source : Véronique Martins (Dde 76)

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Une belle traversée…Réalisés entièrement en usine, les papillons et lestabliersontététransportéssurdesbargesparvoied’eaudepuis lesdeuxusines(AlsaceetBelgique) jusqu’enmer,puisontlongélescôtesfrançaisesjusqu’auHavreavantderemonterlaSeinejusqu’àRouen.

La pose : une opération spectaculaireLaposedeces4éléments(2tablierset2papillons)s’estensuitefaitesurplaceenquelquesjoursàl’aidedegruesflottantesdetrèsfortecapacité(bigues),cequiaconstituéunévénementspectaculaireetuniqueetaattirébeaucoupdevisiteurs.

Cesopérationsdeposeétaienttrèsdélicates,etuneattentionparticulière a été apportée auxconditionsextérieures (vent,marée,niveaud’eau, forceet sensducourant).

Pour les papillons, la bigue (Tacklift 7) a dû êtreutilisée en s’approchant de sa limite de capacité(450tonnesàplusde70mètresdehauteur).

Pourlestravées,ladifficultéprincipalearésidédansl’encombrement dû aux socles et pylônes (pour lapremière travée) et dans la nécessaire coordinationdesdeuxbigues.

Ces différentes opérations ont donc nécessité uneimportantepréparation.Laposedesquatreélémentss’estensuiteparfaitementdéroulée.

Photo 14 : remontée de la Seine d’un tablier – Source : Denis Leroy (Dde 76) Photo 15 : pose 2ème papillon – Source : Denis Leroy (Dde 76)

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Photo 16 : pose de la 1ère travée – Source : Denis Leroy (Dde 76)

Conclusion : ce qu’il reste à faire

L’année2007verralafindestravauxdupontlevantetlestestsdelevage,opérationcouronnantdesannéesd’effortsdeconceptionetdetravaux.

Lesviaducsd’accèsserontlivrésdébut2008.

Lamise en servicede la liaison complète est quantà elle prévue au printemps 2008, à temps pour laprochainemanifestationdegrandsvoiliers.

Ceseral’aboutissementfinald’unprojetpassionnantàchaqueétape:sagenèsedifficile,lechoixtechnologiqueosé d’un pont levant, le concours de maîtrised’œuvre, la conception de cet ouvrage innovant, laconsultation des entreprises et bien-sûr les travauxspectaculaires■

Les intervenants

Maîtrise d’ouvrage:État,MinistèredesTransports,del’Équipement,duTourismeetdelaMerreprésentéparlaDirectionRégionaledel’ÉquipementdeHaute-Normandie,ServicedeMaîtrised’Ouvrage.

Maîtrise d’œuvre générale : Direction Inter-départementale des Routes Nord-Ouest, (Dirno),Serviced’IngénierieRoutièredeRouenprécédemmentServiceÉtudesetGrandsTravauxdelaDde76.

Assistant maître d’œuvre général:CeteNormandie-Centre,Sétra.

Contrôle extérieur:LrpcRouen,Blois,Nancy,Lille,Fit(contrôlestopographiques).

Contrôle technique(tourdecontrôle):Apave.

Maîtrise d’œuvre particulière:Arcadis(mandataire)- Michel Virlogeux - Aymeric Zublena - Eurodim-Serf.

Coordonnateur Sps:Présents.

Entreprises:Pontlevant:Quille(mandataire)-Eiffage-Eiffel

-VictorBuyckSC;Viaducsd’accès:BaudinChateauneuf.

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Photo 17 : pose de la 2ième travée – Source : Gérard Forquet (Sétra)


Application des nouvelles normes (Partie I)Détermination des efforts horizontaux dans un système d’appareils d’appui à plan de glissement ou de roulement

YvesPicard

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Introduction

Avant propos

Tout en conservant les fondements des guidestechniques Sétra de septembre 2000 (appareilsd’appui en caoutchouc fretté et appareils d’appuià pot de caoutchouc), il est proposé ici de tenircompte des résultats d’expériences acquises surplusieurs ouvrages souvent non courants, ainsi quede l’évolutiondesnormeset lapriseencomptedesEurocodes,pourévaluerleseffortshorizontauxdansunsystèmed’appareilsd’appuiàplandeglissementouderoulement.Ilestànoterquelecalculdeceseffortsestcomplexeet qu’il peut faire l’objet de conflit ou réclamationlorsdelamiseaupointduprojetd’exécution,d’oùl’intérêtdedéfiniraupréalable leniveaud’exigencedesétudes.

À partir de la méthodologie des guides Sétra,cet article propose un canevas de calcul destinéaux ouvrages neufs.Ce canevas peut aussi servir à l’estimation des efforts horizontaux des ouvrages existants.Bienentendu,pourl’appliqueràcesouvragesanciens,enabsenced’uneréglementationspécifiquepourlesappareils d’appui, il faut considérer les règlementsantérieurs,utiliséslorsdelaconstructiondel’ouvrage.L’essentieldeladémarcheconsisteàprendreencomptela dispersion des coefficients de frottements desdifférentsappareilsd’appui,ainsiquelesfrottementssupplémentairesapportésparlesdispositifsdeguidage,même pour des ouvrages rectilignes. L’observation

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del’ouvrageenpériodechaudeetfroideapportedeprécieux renseignements sur son fonctionnement,cependantunchangementdesappareilsd’appuipeutmodifier son comportement. Souvent un simplecalculàl’Elsensedonnantdesmargesdesécuritéraisonnablesestsuffisant.

Lesprincipesdecalculproposésci-aprèsprécisentet complètent ceux proposés dans les 2 guidesappareilsd’appuiduSétraencoursdeparution(enremplacementdesguidesdesannées2000).

Il est rappelé que les 11 parties de la norme NFEN 1337 sur les appareils d’appui structuraux(comprenant notamment le marquage CE) sontd’applicationobligatoiredepuisle01/01/07(cf.arrêtédu24/04/06).

On ne peut qu’insister sur l’importance de ladéfinitiondu systèmed’appareils d’appui et de soninfluence dès l’origine d’un projet, afin d’évaluerau mieux les efforts horizontaux sur les piles etculées. En effet une sous estimation de l’intensitédes efforts résultant du système d’appareils d’appuirisquederemettreencauseledimensionnementdesfondations.

Évolution des matériaux - Tendance

Vers 1960 les plans de glissement composés d’uneplaqueenacierausténitique(inox)surunefeuilledepolytétrafluoéthylèneblanc (Ptfecommercialisés leplussouventsouslamarqueTeflon®)ontcommencéà se généraliser sur les ouvrages concernés par desdéplacementsimportants.ActuellementdesmatériauxplusperformantsquelePtfesontencoursdemiseaupointparlesfabricants.IlssontplusperformantsquelePtfe,notammentenrésistanceàl’usureetau

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Cet article a pour objectif de montrer que le calcul des appareils d’appui peut être très complexe en fonction de la géométrie du tablier, des efforts qui lui sont appliqués et de la raideur des piles, culées et de leurs fondations. Il est présenté en deux parties. La partie II traitera des systèmes comportant des appareils en caoutchouc fretté à plan de glissement, des appareils cylindriques et sphériques, à rouleau et à balancier, ainsi qu’un formulaire. Elle paraîtra dans le prochain Bulletin Ouvrages d’art.

Application des nouvelles normes (Partie I)


fluage.Ilscommencentàêtrediffusésetilsacceptentdes pressions nettement plus importantes, ce quipermetdediminuercertainesdimensionsdesappareilsd’appui.Àcejour,nousnepossédonsquelesvaleursduprocédéMsm®(unformulaireconsacréàceprocédéserapubliédansl’article«Applicationdesnouvellesnormes » partie II du prochain Bulletin Ouvragesd’artn°56).Cette évolution est tout à fait compatible avec lesproduitsmodernesdecalageenmortiersspéciaux,quisontadaptéspourassurerlarépartitiondesdescentesdechargesurlesdésd’appuidecesnouveauxappareilsdedimensionsréduites.

Notion sur le fonctionnement des plaques de glissement

Onpeutdifférencier2typesdefonctionnementdesplaquesdeglissement:

Sur un appui rigide (exemple une culée) ledéplacementdutablierdûàunevariationdelongueur(notamment les effets thermiques) provoque unemobibilisation instantanée d’un effort horizontalVh (seuil de glissement). Ce seuil de glissement Vhvarie en fonctionde la charge verticale agissant surl’appareild’appui.

Surun appui semi-rigideou souple (exempleunepileouunepiledegrandehauteur), lavariationdelongueurdutabliermobiliseprogressivementunefforthorizontaljusqu’àunevaleurVh(seuildeglissement)oùlesplaquesglissententreellesenlibérantunepartiedel’efforthorizontal.L’efforthorizontalVhetladescentedechargeverticaleNsontreliésparlarelation:Vh=µ.NouµestlecoefficientdefrottementLecoefficientdefrottementµn’estpasconstant;ilest maximum sous charge statique en l’absence dedéplacements relatifs des éléments du système deglissement,puisdécroîtdèsquelemouvemententrelesplaquesestamorcé.Les variations thermiques d’un tablier étant unphénomènelent,leglissementdesplaquesvasurtoutseproduirelorsquelachargeNestfaible,souschargespermanentespar exemple, ou encore sous réactionsminimales dues aux charges d’exploitation si ellessontnégatives.

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Casd’unepile«semi-rigide»

Casd’unepile«souple»

L’écartdetempératureestidentiquedanslesdeuxcas

Simulation des étapes de déplacement d’une plaque de glissement:Aupoint0 l’appareil estmis en service, la températureaugmente et au point 1, le seuil de glissement étantatteint,leglissementintervientetainsidesuite.Lorsquela températurediminue, lapile sedéformedans l’autresensetleseuildeglissementétantatteintaupoint2,onobtientundéplacementensensinverseetainsidesuite.On note que l’écart de température pour mobiliser ledéplacement(3)estplusimportantàbassetempératureàcausedel’augmentationdesfrottements.

Principales modifications introduites aux guides du Sétra de septembre �000

ModificationsprovenantdesEurocodes:lecalculdecertainesactionsetdeleurscombinaisons

estdifférent;la déformation des appuis en béton est calculée

avec le module instantané pour toutes variationsthermiques;

l’amplitude des mouvements thermiques estaugmentée;

l’effortdefreinageestbeaucoupplusimportant.

ModificationsprovenantdelanormeNFEN1337etdesoninterprétation:

les efforts dans les appareils d’appui sont calculésàl’Elu;

les coefficients de frottement pour les appareilsd’appuisontdéduitsdesollicitationsElu;

pour la répartition des efforts horizontaux avecdes forces favorables et défavorables, la précisiond’horizontalité est négligée dans le calcul descoefficientsdefrottement;

la prise en compte des efforts horizontaux sur lesystèmedeguidageestprécisée;

lesnuancesentrelesappuis«souples»etlesappuis«rigides»sontplusmarquées;

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Figure 1 : schéma du principe de fonctionnement d’une plaque de glissement


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larègleforfaitairederésistancedesappareilsd’appuiàpotfixe sousun efforthorizontal de5%de leurchargeverticalenominaleestsupprimée.

Remarques générales

L’attention est attirée sur le fait que les efforts horizontaux doivent être calculés avec des descentes de charges maximales et minimales, afin de vérifier le cas le plus défavorable. Cette remarque concerne aussi bien l’appareil d’appui que l’appui (pile ou culée).

Comme indiqué dans le paragraphe précédent, lanouvelle normeNFEN1337prescrit le calculdes appareils d’appui à l’Elu.Pourunevérificationàl’Elsdesappuis(pilesetculées)lesvaleursdescoefficientsdefrottementsontdifférentesdecellesdel’Elu.Cequiobligeàfairedeuxcalculsdifférents.

Cas des systèmes à appareils d’appui à pot

Dispositions constructives

Lestabliersreposantsurdesappareilsd’appuiàpotpossèdentunpointfixesurunepileouuneculéeauchoixduprojeteur.

Cettepileouculéecomportealors:un appareil d’appui fixe (absence de plan de

glissement);éventuellement un (et un seul) appareil d’appui

unidirectionnelditdeblocage,cetappareilcomprendunplanhorizontaldeglissementetunguideorientéversl’autreappareilfixe;

e t é ven tue l l emen t de s appa re i l s d ’ appu imultidirectionnels comprenant un simple plan deglissementhorizontal.

NotaSur les ouvrages comportant des piles souples de grande hauteur, il est souvent préférable de répartir la résultante des efforts horizontaux sur plusieurs piles consécutives remplissant ainsi la fonction d’appuis fixes. Cela permet en particulier de mieux reprendre les efforts de freinage qui sont très importants avec les Eurocodes.

Les autres appuis du pont sont équipés d’appareilsd’appuisglissants,avec:

auplusd’unappareil(unidirectionnel)deguidagecomprenant un plan de glissement horizontal etunguidedont ladirection est, soitparallèle à l’axelongitudinaldel’ouvrage,soitorientéeversl’appareild’appuifixed’uneautrepile,

et éventuellement d’un ou plusieurs appareilsmultidirectionnels comprenant un simple plan deglissementhorizontal.

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Photo 1 : ½ plaque de Ptfe d’un appareil à pot avec dispositif de guidage central. Les supports de l’ouvrage étant déformés, l’appareil ne peut remplir sont rôle, les plaques cheminent sur leur taquet de blocage puis sont découpées par les mouvements de rotation du tablierSource : Yves Picard

Principe de calcul des efforts de fonctionnement des différents appareils d’appui

Le calcul des efforts horizontaux doit respecter lesnormesNFEN1337 -1§5et6etNFEN1337-2§5et6. L’applicationdecesrèglesestcommentéeauchapitre4du«GuidetechniqueduSétra-Appareilsd’appuiàpot».

Pour un appareil d’appui glissant sans dispositifde guidage, la relation (1) entre l’effort horizontalmobilisableVhdanslesensdudéplacementetl’effortverticalconcomitantNdelacombinaisonenvisagée,s’écrit:

Vh=(µmax+PP+PL)N(1)(sileseuildeglissementestatteint)

LavaleurµmaxestdéfiniedanslanormeNFEN1337-2§6.7etsontableau11enfonctiondelapressionmoyennedeladescentedechargeN.PP représente la précision de pose normalisée enhorizontalitéfixéeà0,003radians(cf.NFEN1337-1§5.5).PLreprésentelapenteéventuelledonnéevolontairementauplandeglissement (caspar exempled’une culéeen pente où la dénivellation du joint de chausséeen positions extrêmes est ainsi minimisée, [1] etcelle résultant du cas de charge considéré (valeuren général négligeable sauf structure très souple oucinématiquedeconstructioncomplexesurappareilsd’appuidéfinitifs).Cette valeur inclut également lesupplémentdedéfautdeposelorsqu’ilestsupérieurà0,003rad(structurepréfabriquée, imprécisionducalage…).

Pourlesappareilscomportantlafonctiondeguidageoudeblocage,lesrelations(2),(3)ou(4)entreVxyrésultantedel’efforthorizontaletladescentedecharge



s’écrivent dans les cas courants (plans de guidageparallèleàl’axelongitudinaldel’ouvrage):

V2xy=V2

x+V2

y(2)avec

Vx=Vh+µ’maxVtetVy=Vt(3)pourlesappareilsdeguidage

Vx=β∑VxetVy=Vh+µ’maxβ∑Vx(4)pourl’appareildeblocage

Vt : intensité des efforts horizontaux agissantperpendiculairementaudispositifdeguidage.

β∑Vx : intensité des efforts horizontaux sur ledispositifdeblocage.

µ’max : coefficient de frottement de l’élément deguidageoudeblocage.

La valeur de µ’max est fixée à 0,20 (cf. EN 1337-2§6.7,complexedeglissementenCM1).

NotaCes efforts sont décomposés en V cos α, V sin α dans le cas d’un angle α du dispositif de guidage par rapport aux axes principaux de l’appui.

Évaluation des efforts latéraux de guidage sur l’appareil unidirectionnel:

selon la complexité de l’ouvrage (tracé en plan,longueur du tablier, rigidité transversale du tablier,larigiditédesappuis)uneétudespatialedel’ouvrageest éventuellement nécessaire pour déterminerl’intensité des efforts de guidage. Dans ce cas leseffortssontcalculésenalternantd’unappuiàl’autreunjeulatéralde2mmdudispositifdeguidageetensimulant un mouvement du tablier en position detempératuresextrêmesenayantaupréalableimposéunedéviationparasitealternéeenplande±0,003radsurl’orientationthéoriquedesdispositifsdeguidage(l’effetdeces2imprécisionsestcumulédelamanièrelaplusdéfavorable);

pour les ouvrages simples et droits, on pourra secontenter d’évaluer ces efforts pour un appui à laplus grande valeur suivante : [100 KN à l’Elu ou0,01NmaxElupourl’ensemble de l’appui].

Lesparagraphessuivantsindiquentcommentappliquercesformulesdansquelquescascourants.

Cas � : étude sous l’effet d’une combinaison à prépondérance de charges d’exploitation

Appui glissant : effort horizontal au droit des appareils d’appui et de leurs interfaces Pour l’appareilmultidirectionnel, l’efforthorizontalrésultantVxyestégalàVh,évaluédanslarelation(1)enprenantlavaleurdeNmax Eludel’appareil. Siledéplacementestparallèleàl’axelongitudinaldu

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tablierVxy=Vx=Vh.Pourl’appareilunidirectionnel,onobtient lavaleurde Vh de la même manière que ci-avant, puis oncalcule Vx et Vy à l’aide des relations (3), Vt ayantpourintensitélasommedel’effortlatéraldeguidageetdel’efforttransversaléventuelprovenantdesforcescentrifuges, ainsi que d’éventuels efforts d’actionsd’accompagnementdecettecombinaison.

Appui glissant : effort horizontal en tête de l’appui glissantParsimplificationonappliquelesmêmeseffortsqueci-avant,pourl’Elu(NmaxEluconcomitant)etl’onrefaituncalculsimilairepourl’Els.Ilestcependantloisiblede minimiser les charges verticales pour des appuissouplesensimulantdescharges«fréquentes»Al’Elulacombinaisonsuivanteestutilisée:1,35Gk,sup+Gk,inf+P+S+C+1,5Tk+1,35{0,4UDLk+0,75TSk+0,4qfk,comb}

Danscettecombinaison,Pdésignel’actionéventuelledelaprécontrainte,SduretraitetCdufluage.

Effort horizontal longitudinal transmis par l’ensemble des appuis glissants à l’appui fixe (ou aux appuis fixes) Danslecasgénéral,lecalcul,l’ensembledesréactionsverticalesNdesappuisglissantsdutablierestconsidéréensituationdechargespermanentes maximales sur l’ensemble du tablier. Cependant, il existe le casparticulierdestravéesindépendantessurappuisrigidesetlespartiesdetabliersouplesurappuisrigides(culéesparexemple),oùilexisteundéplacementimmédiatparrotationsouscirculation.Pourcesappuis,onajouteà N les effets des charges maximales d’exploitationducotéconsidéré«défavorable».L’efforthorizontalrésultantestlasommevectorielledel’effortunitairedechacundesappuisglissants.

Chaque effort unitaire est calculé de la manièresuivante:

Vx=µaxN+µ’axVtsisoneffetestdéfavorable

Vx=µrxN+µ’rxVtsisoneffetestfavorable.

Les coefficients de frottement µa, µr, µ’a et µ’r sontdéfinisdans lanormeNFEN13371§6.2 et sontableau2(quiserapubliésousformed’unformulairedansleprochainBulletinOuvragesd’art,«Applicationdesnouvellesnormes»partieII)«n»étantlenombred’appareilssurlesappuisglissantsdutablierinterférantlongitudinalementsurlesystèmed’appuifixeet«n’»lenombred’appareilsd’appuideguidage.

Lescoefficientsµaetµrsontéventuellementmodifiés(augmentésoudiminués)del’effetdelapentePLsurlesappuisconcernés.Danslescascourants,onutiliselesmêmesvaleursdecoefficientsdefrottementpourchaqueappui.


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LesvaleursVtsontcellescalculéesprécédemmentpourchaqueappuiglissant.On recherche ensuite les résultantes du système enfaisant la somme des vecteurs produisant un effetdéfavorablesituéd’uncotédusystèmed’appuifixe,avecceuxproduisantuneffetfavorablesituédel’autrecoté,puisinversement.

NotaOn entend par charges permanentes à l’Elu la combinaison : 1,35 Gk, sup + Gk, inf + P + S + CPour vérifier l’équilibre général du système d’appui fixe, il n’est pas toléré de prendre des coefficients simplifiés µa et µr identiques pour des appareils d’appui de type différents (par exemple pour des appareils à pot et des appareils d’appui en élastomère fretté sur le même ouvrage).Si l’ouvrage comporte des appuis relativement souples sur lesquels on a disposé des appareils d’appuis à plan de glissement, il se peut que le seuil de glissement ne soit jamais atteint ; ainsi les efforts réels en tête de pile sont plus faibles que ceux donnés par le seuil de glissement. Un calcul spatial complexe est recommandé pour effectuer cette vérification.

Efforts horizontaux dans les appareils d’appui d’une pile ou culée fixeL’intensitémaximaledeseffortshorizontaux∑Vxdanslesenslongitudinaldutablierestl’effetdelarésultantedes efforts calculés précédemment, augmenté de l’effort total de freinage.

Sil’ouvragenecomportequ’unseulappuifixe,cetteforce∑Vxserépartit,entrel’appareild’appuifixeetl’appareild’appuideblocages’ilexiste.Danscederniercas,ondétermineuncoefficientderépartitionβentrelesdeux appareils.Par sécurité,même si l'effort estcentré,onadoptedescoefficientsβsupérieursà0,5.Enabsenced’unappareildeblocage,onaévidemmentβ=1.Sil'ouvragecomporteplusieursappuisfixes(casdespiles souples), la répartitionde∑Vx se fait selon larigiditédechaqueappuifixe.Pouravoirlarésultantesurchaqueappuifixe,ilfautajouteràcetterépartitionl’interaction des effets des variations thermique,retrait et fluage entre ces appuis. Pour les piles quicomportentdesappareilsd’appuideblocage,ilfautensuite répartir les efforts transversalement selon lecoefficientβcommeprécédemment.Il faut noter que pour calculer le coefficientde répartition β entre 2 appareils d’appui fixeslongitudinalement,outrelasouplesseàlatorsiondel’appui,un jeu longitudinalde±2mmentreces2appareilsd’appuidoitêtreprisencompte,ainsiquel’effetdesrotationsdifférentiellesdutabliersouslesactionsvariablesauniveaudecesappareils.Nous rappelons qu'avec la nouvelle norme NF EN1337, ces calculs sont effectués avec le module instantané du béton, ainsi qu'avec les valeurs maximales instantanées de la raideur du sol.

En conclusion, si on se réfère aux formules duparagraphe « Principe de calcul des efforts defonctionnementdesdifférentsappareilsd’appui»:Pour l’appareil unidirectionnel de blocage, l’efforthorizontal résultant dans le sens longitudinal Vxest égal à β∑Vx (s’il n’y a qu’un seul appui fixe) ettransversalement à Vy . On évalue ces efforts enutilisantlarelation(4),Vhétantcalculéaveclarelation(1),Nreprésentedanscecaslaréactiondelachargepermanentesurcetappareild’appui.

Pour l’appareil d’appui fixe, l’effort horizontalrésultantdanslesenslongitudinalVxestégalàβ∑Vx(s’iln’yaqu’unseulappuifixe)ettransversalementàVyquicomprend:

l’efforttransversalduguidagedecetappui;lasommedel’effetVy(relation4)del’appareilde

blocage(s’ilexiste)etdeseffetsVhd’éventuelsautresappareils multidirectionnels situés sur cet appuifixe, dans la relation (1) N représente les chargespermanentessurcesappareils;

les éventuels efforts d’accompagnement de lacombinaison(forcecentrifuge,…).

Effort horizontal en tête de la pile ou culée fixeLongitudinalement l’effortVx est égal à ∑Vx (si unseulappuifixe)calculéci-avantettransversalementàVyquicomprend:

l’efforttransversalduguidagedecetappui;les éventuels efforts d’accompagnement de la

combinaison(forcecentrifuge,…).

Cas � : étude sous l’effet d’une combinaison à prépondérance de vent latéral

Cette combina i son n’e s t généra l ement pasdimensionnante,sauf en ce qui concerne la sécurité au glissement des interfaces appui - appareil d’appui - tablier, les pressions de contact piston - virole et les efforts sur les dispositifs de guidage.

Ellevautàl’Elu:1,35Gk,sup+Gk,inf+P+S+C+1,5FwkSelonlecritèreàvérifier,ilfautconsidérerleventdansunsensoudansl’autre.

Appui glissant : effort horizontal dans les appareils d’appui et à leurs interfacesAppareilsmultidirectionnels:lecalculestinutile,cariln’estpasdimensionnant.Pourl’appareilunidirectionnel,2cassontàconsidéreravecNmaxetNminissusdelacombinaisonprécédente.OnobtientlavaleurdeVhenemployantlarelation(1),puisoncalculeVxetVyàl’aidedesrelations(3),Vtayantpourintensitélasommedel’effortlatéraldeguidage,del’effortlatéralduventetd’éventuelseffetsd’actionsd’accompagnementdecettecombinaison.

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Effort horizontal en tête de l’appui glissant (pile ou culée)Vh est évalué dans la relation (1) avec N charges permanentes sur l’appui considéré. Ensuite Vx etVy sont évalués à l’aide des relations (3) Vt ayantla même intensité que pour le calcul de l’appareilunidirectionnelci-avant.

Effort horizontal longitudinal transmis par l’ensemble des appuis glissants à l’appui fixe (ou aux appuis fixes)Par simplification, on peut reprendre les mêmesvaleurs qu’au cas 1, où l’on considère que lescharges permanentes sur le tablier. Comme pourles variations thermiques, le seuildeglissementdesappareilsestatteintendehorsdesactionsmaximalesinstantanées.

Effort horizontal dans les appareils d’appui de la pile ou culée fixe L’intensitémaximaledel’efforthorizontal∑Vxdanslesenslongitudinaldutablierestl’effetdelarésultantedeseffortscalculésci-avant.Ceteffortvaserépartircommedanslecas1.

Pour l’appareilunidirectionneldeblocage, l’efforthorizontalrésultantdans le sens longitudinalVxestégal àβ∑Vx et transversalement àVy en employantla relation (4), Vh étant calculé avec la relation(1),Nayantpour intensité la réactionde lachargeconcomitantedecetappareild’appui.

Pour l’appareil d’appui fixe, l’effort horizontalrésultantdanslesenslongitudinalVxestégalàβ∑VxettransversalementàVyquicomprend:

l’efforttransversalduguidagedecetappui;lasommedel’effetVy(relation4)del’appareildeblocage(s’ilexiste)etdeseffetsVhd’éventuelsautresappareils multidirectionnels situés sur cet appuifixe,dans larelation(1),Nreprésente leschargesconcomitantessurcesappareils; l’effort transversal du vent dans la direction la plus défavorable; les éventuels efforts d’accompagnement de lacombinaison.

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Effort horizontal en tête de l’appui fixe (pile ou culée)Longitudinalementl’effortVxestégalà∑Vxcalculéci-avantettransversalementVyquicomprend:

l’efforttransversalduguidagedecetappui;l’efforttransversalduventdecetappui;les éventuels efforts d’accompagnement de la

combinaison.

Cas 3 : action accidentelle

Ensusdeséventuellescombinaisonsaccidentellesduprojet(séisme,chocdebateauparexemple),ilpourraêtre imposé dans le Cctp pour les appuis sensiblesà l’effet des efforts horizontaux, une vérification encombinaison accidentelle simulant une défaillanced’un appareil d’appui. Cette vérification consiste àprendre en compte une anomalie sur la valeur ducoefficientdeglissement,parexempleµmax=10%ou15%pourl’undesappareils(etunseul).Cette vérification ne concerne pas l’ensemble desappareilsd’appui,maischaqueappuiprisisolement,ycomprisl’appuifixeconcernéparlarépercussiondecettedéfaillance.

Cas � : utilisation partielle d’appareils à pot dans le système d’appui

C’est le cas par exemple d’appareils à pot disposésuniquement sur les appuis éloignésdes appuisfixesdutablier(souventéquipésd’appareilsenélastomèrefretté).Ilestretenulamêmedémarchequeci-dessuspourlavérificationdesappareilsàpotetdeleursappuis,ainsiquepourlecalculdeseffortstransmisauxappuisfixes.Il est àporteruneattentionparticulière aux effortstransmisauxguides,enprincipeseullesculéesserontéquipéesd’unappareild’appuicomportantlafonctiondeguidage,celle-cipeutêtreassuréeindépendammentparunappareilspécifiquedeguidage,notammentsileseffortstransversauxsontconséquents.Cettedispositionestastucieuseenzonesismique.

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Photos 2 et 3 : exemples de changement d’appareil d’appui à pot – Source : Yves Picard

�0 Ouvrages d'artN°55 juillet2007

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Exemple simplifié de calcul des efforts à l’Elu sur les appareils d’appui à pot d’un ouvrage rectiligne

Commeexemplenousétudionsunouvragerectiligneà5 travéesdont la répartitiondes typesd’appareilsd’appuisàpotestdonnédanslafigure2ci-dessous.Par simplification, on considère que le tablier del’ouvrage est symétrique longitudinalement ; leseffortsverticauxenC0-C5,P1-P4etP2-P3sontdoncidentiques.

Hypothèses

Les efforts sur les appuis sont récapitulés dans letableau1.La précision d’horizontalitéest prise égale à 0,003radianetdanstous lescas,onconsidère lapressionsur lePtfe supérieureà30MPa ;onendéduituncoefficientdefrottementµmax=0,03.

En appliquant les formulesde laNFEN1337quidonnent les coefficients maximum et minimum àretenirpouruncalculd'ensemble,ona:

µmaxPtfe=0,03⇒n=10AAglissants⇒µa=0,5x0,03[1+(16-10)/12]=0,0225⇒µr=0,5x0,03[1–(16-10)/12]=0,0075

µ’maxguide=0,20⇒n’=5AAguidage⇒µ’a=0,5x0,2[1+(16-5)/12]=0,192⇒µ’r=0,5x0,2[1-(16-5)/12]=0,008

Calcul des efforts dans les appareils d’apppui

Cas 1 :AA1: Vx=(0,03+0,003)5000=165 Vy=0

AA2: Vx=165+0,2x100=185 (100kN,valeurmindeguidage) Vy=100

AA3: Vx=0,033x10000=330 Vy=0

AA4: Vx=330+0,2x190=368 (guidage=0,01x19000) Vy=190

AA7: Vx=0,033x12000=396 Vy=0

AA8: Vx=396+0,2x230=442 (guidage=0,01x23000) Vy=230

Vx favorable vers P2: - 0,0075 (2 x 4000 + 8000)-0,008(100+190)=-182

VxdéfavorableversP2:0,0225[2(10200+8000)+9500]+0,192(230+190+100)=1132

Enprenant500x1,35=675kNdefreinageetunerépartitionβ=0,55entrelesAA5et6,chaqueAAfixepeutrecevoir:Vx=0,55(675–182+1132)=0,55x1625=894

AA5: Vy=0,033x10200+0,2x894=515

AA6: Vy=230+515=745

(Fz-Vy en kN) Fz max appui Fz max AA Fz perm AA Fz min AA Fz max vent Fz min vent Vy vent

C0-AA1ou2 9500 5000 4000 3000 4200 2900 500P1-AA3ou4 19000 10000 8000 6000 8500 5500 900P2-AA5ou6 23000 12000 10200 7500 10500 7000 1000

Figure 2

Tableau 1



Cas 2 : VentAA2: Vx=4200x0,033+0,2(100+500)=259 Vy=100+500=600

AA4: Vx=8500x0,033+0,2(190+900)=498 Vy=190+900=1090

AA8: Vx=10500x0,033+0,2(230+1000)=592 Vy=230+1000=1230

P2reçoit:Vx=0,0225x2(4000+8000+10200)+0,192(230+190+100)-182=917

AA5etAA6peuventrecevoir:Vx=0,55x917=504

AA5:Vy=0,033x10500+0,2x504=447

AA6:Vy=230+447+1000=1677

Cas 3 : Action accidentelleEncasdefrottementde10%surl’AA8,laforceVxsurP2peutatteindre:

10200 (0,10 - 0,033) + 1625 = 2308 soit unesollicitation de 2308/ 1,35 = 1710 à comparer à1625⇒+5,2%

surP3,Vx=12000x0,10+11000x0,033+0,2x230=1609

1609/1,35=1192aulieude23000x0,033+0,2x230=805⇒+48%

Cas 1 avec Fz max Cas 1 avec Fz min Cas 2 avec Fz max Cas 2 avec Fz min

AA1ou11Fz 5000 sansobjet - -Vx 165 - - -

AA2ou12Fz 5000 3000 4200 2900Vx 185 119 259 216Vy 100 100 600 600

AA3ou9Fz 10000 - - -Vx 330 - - -

AA4ou10Fz 10000 6000 8500 5500Vx 368 236 498 399Vy 190 190 1090 1090

AA5Fz 12000 7500 10500 7000Vx 894 759 504 388Vy 515 399 447 309

AA6Fz 12000 7500 10500 7000Vx 894 759 504 388Vy 745 629 1677 1539

AA7Fz 12000 - - -Vx 396 - - -

AA8Fz 12000 7500 10500 7000Vx 442 294 592 477Vy 230 230 1230 1230

Récapitulatif des combinaisons d’étude de l’appareil d’appui

Lamêmedémarchedecalculaétéeffectuéepourlesdescentes de charges minimales, ce qui conduit autableau2ci-dessous.Enconclusion,lesécartssignificatifsentrelesdifférentscasenvisagésmontrentl’importancedebienprendreencomptel’ensembledescombinaisonsàétudier.

Danscetexemple,onconstateque:Lesappareilsmultidirectionnelssontvérifiésavecle

cas1avecFzmax;Pourlesautresappareils: Lesdimensionsdecoussinsontvérifiéesaveclecas

1avecFzmax; Lesdimensionsducontactpiston-viroledepotsont

vérifiées avec le cas 1 avec Fz max pour l’appareil deblocage(AA5),lecas2avecFzmaxpourlesappareilsunidirectionnelsetl’appareilfixe(AA6);

Après ajout de l’effort horizontal (interne) dû àla pression du piston sur la paroi de la virole, lesdimensions de l’épaisseur de virole de pot restentvérifiéesaveclesmêmescasqueprécédemment;

Lesdimensionsdudispositifdeguidagesontvérifiéesaveclecas1avecFzmaxpourl’appareildeblocage,lecas2avecFzmaxpourlesappareilsunidirectionnels;

Lavérificationdelasécuritéaunonglissementdesinterfacesesteffectuéeavec lecas1avecFzminpourl’appareil de blocage, le cas 2 avec Fz min pour lesappareilsunidirectionnelsetl’appareilfixe■

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Tableau 2


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Référence bibliographique

[1]M.Fragnet,Lesjointsdechausséessurlespontsàfortepente-BulletinOuvragesd’artduSétraN°51.

Figure 3 : exemple schématique en plan d’une disposition d’appareils d’appui à pot ou d’appareils d’appui sphériques


Ladirective«Produitsdeconstruction»estapplicableaux candélabresd’éclairagepublic.Eneffet, l’arrêtédu20décembre2002 impose,depuis février2005,queles fûts de candélabres en acier ou en aluminiummis sur lemarchésoientmunisd’unmarquageCe.CemarquageattestelaconformitédecesproduitsauxprescriptionsdelanormeEN40,souslecontrôled’undesorganismestiersnotifiésparlesétatsmembresdel’UnionEuropéenne.L’organisme notifié pour le marquage Ce des fûtsmétalliquesdecandélabresenFranceestleCticm.Cetteprocédurequis’ajouteauxtextesexistantsestdenatureàaméliorerlaqualitédesproduits.

Comment distinguer les produits et les ouvrages

Les fûts métalliques sont des produits non encoreposés et susceptibles de circuler en Europe. Lesfabricants de ces produits ont l’habitude de lesappeler«candélabres».Enrevanche,pourunmaîtred’ouvrage, un « candélabre » est un ouvrage, unestructurefixe,quicomported’unepartdesfondationsetsetrouved’autrepartmunid’unelanterneenvuederemplirsafonction.Laconfusionsémantiqueentreles«fûts-de-candélabres»etles«candélabres-ouvrages»estapparuerécemmentaugrandjour[1],etarenduunemiseaupointnécessaire.

Aujourd’hui, les candélabres-ouvrages, doiventse conformer à d’autres textes que l’arrêté du20décembre2002quineconcernequelescandélabres-produits.Lesmassifsdefondationetleurferraillagenesontpasseulement«conformesàdesrèglesdel’art»mais relèventdeCctgcommeparexemple leBaelpourlebétonarmé.LesCctgontétéapprouvéspardécretetsonttoujoursapplicablesàtoutmarchéquis’yréfèreexpressément.

Pour une pose, l’ensemble de la chaîne mécaniqueen amont et en aval du fût – fondation, ancrages,attachesdelalanterne–demeureàjustifiervis-à-visdeseffetsduventconformeauxNV65modifiéesparlemodificatifde la cartedes zonesdeventparuendécembre1999,enfonctiondelazone,dusiteetdelahauteurspécifiquedel’ouvrageprévu;voir[7].

En ce qui concerne la détermination du coefficientde hauteur, il ne faut pas prendre en compte lahauteurducandélabre,maislahauteurparrapportàl’environnementaérodynamique,carparexemple,lemêmecandélabredanslamêmezoneetdanslemêmesite n’est pas sollicité de la même façon selon qu’ilestausolousurletablierd’unpont30mplushaut.Quellequesoitleurhauteurpropre,lescandélabressituéssurunpontsontaussiplusexposésaurisquederuineparfatiguedueauxeffetsdynamiquesduvent.

Une partie des Cctg sera dans un proche avenirrelayée par les Eurocodes structuraux. Les Cctgqui concernent la mise en œuvre seront révisés,ou seront remplacés par des recommandations etnotes techniques, conservant la force juridique dedocumentsderéférence.

Comme l’annonce un article de Th. Kretz etJ.Berthellemy«fatiguedueauvent»[4],ilexisteradans les Eurocodes des outils pour traiter dans lesspécificationsdesmarchéslafatiguecauséeparlevent,et compléter ainsi l’EN40 sur ce point quand c’estnécessaire,quellequesoitlahauteurdufût.

LanormeEN40 laisse lesÉtats européens libresderéglementerlesfûtsdecandélabrevis-à-visdelafatiguedueauventetnefaitaucunerecommandation.UnfûtmétalliquedecandélabremarquéCe,est seulementstrictementconformeàl’EN40:ilneprésentedoncvis-à-visdelafatigue,àl’égarddeseffetsdynamiquesduvent,aucunequalitéparticulièrededurabilité.

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JacquesBerthellemy


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Concernantlesconséquencesd’unefissuredefatigue,lanormeEN40exigesimplementquelespropriétésmécaniquesminimalesdel’acierutilisépourlestigesdescellementdoiventêtreconformes«auxexigencesdelanuanceS235JRdel’EN10025».Or,ils’agitdelaplusmauvaiseclassed’aciersqu’onpuissetrouverdansl’EN10025concernantlaténacité.Ilestdoncparfaitementlégitimeetnécessaired’avoiriciaussidesexigencescomplémentairesàcellesdel’EN40pourdescandélabres-ouvragesroutierscardesrupturesdetigesd’ancrageontdéjàdonnélieuàdesaccidentsgraves.

Inventaire des pièges dans lesquels le donneur d’ordre ne doit pas tomber

L’arrêté du 20/12/2002 ne rend pas obligatoirel’utilisation de fûts de candélabres en acier et enaluminium, du fait qu’ils seraient marqués Ce. Eneffet, l’arrêté n’interdit pas par exemple la mise enœuvredecandélabresenboisouenbétonarmé,quinesontpasencoresoumisaumarquageindispensableauxfûtsmétalliquespourcirculerenEurope.

LesrèglesNeigeetVent,réviséesen1999,s’appliquenttoujours à tous les candélabres. Un fût métalliqueest un produit mobile et il est marqué pour unerésistancepurementconventionnellesansqu’onsachedansquelle zone,dansquel site et àquellehauteurilserafinalementinstallé.LorsdumarquageCe,onnesaitpasnonplusquelleseralapriseauventdelalanternefinalementretenuepar ledonneurd’ordre.Ilconvientdoncdefairereprendrelescalculsenvued’implanter une installation d’éclairage. Les calculsdoiventêtreaussireprispourjustifierlesfondations,lestigesd’ancragesetlesferraillagesdumassif.Seulela justification des fûts métalliques pourrait êtresimplifiéepar lemarquageCe, si ladocumentationtechniquedufabricantlepermetsansambiguïté.

LorsdumarquageCe,onnesaitpassil’embaseducandélabreseraaucontactdumassifdebéton,ousilemontageseradutypeaérien.Danslesecondcas,si le fûtreposeseulementsur les tiges, sansmortierde scellement, les contraintes locales dans les tigesetdans leszonesde l’embaseprochesdes tigessont Photo 1 : candélabre en bois

Source : Hervé Nègre (Aubrilam)

nettement plus élevées, et tiges etembase doivent faire l’objet d’unejustificationparticulière.

Dans le cas d'une exigence dedurabilité, le marquage Ce desfûts métalliques ne donne aucuneindicationetdoitêtrecomplétépardesjustificationsenfatigue.Aujourd'hui,les meilleurs fûts métalliques dumarchésontdéjàdesproduitsdurables,dimensionnés vis-à-vis de la fatigue,selondesrèglesde l'artnonpubliées.Demain, les Eurocodes structurauxcodi f ieront le s jus t i f icat ions dedurabilité,avecdesrèglesprécisesayantunevaleurjuridique.LanormeEN40leprévoit.

Des règles de dimensionnement desfondationsetdesrèglesdejustificationdes massifs de béton armé existent.Il s'agit des Cctg, comme le Bael,généralementpriscommeréférenceparlesmarchés.Cestextesnesontpasdesimplesrèglesdel'art.

Rien n'interdit pour un ouvrage despécifierdesexigencescomplémentairesà celles minimales requises pour lemarquage Ce, qui ne donne auxproduits que le droit de circuler enEurope. Certains pays du nord del'Europeontparexempledesexigencesdefusibilitédesfûtsenvuede limiterlesconséquencesd'unaccident.

Éclairage public : Quelques éclaircissements pour les maîtres d’ouvrages


Le contrôle des installations d'éclairage existantes par essais statiques

Les tests éventuellement prévus dans le cadre dumarquage Ce de certains éléments constitutifs decandélabres,considéréscommeproduits,nedoiventpas être confondus avec les essais statiques d’uneinstallationcomplèteexistante,quisontdécritsdanslanote d’information n°125 du Sétra[6]parexempleenvuedelaréceptiond’unouvrage.

Cettenotedécrit lesprécautionsàprendrepourdetelsessais.Iln’estpaspossiblederentrericidansledétail.Lachargeestappliquéequatrefois:dansdeuxdirectionsperpendiculairesetdanslesdeuxsenspourchaquedirection.Danslecasoùdesdoutessubsistentlors de l’essai sur la validité d’un comportementélastique,lestestspeuventêtrereconduitsunesecondefois pour vérifier la réversibilité des déformationsmesurées.

Cetteprocédure,miseenœuvrepouruneDdeparlasociétéRoch-Service,apermisrécemmentderévélerunetigedescellementcasséesuruncandélabreparmiles114ouvragesexistantstestés.Ladétectiondecettedégradation a entraîné la dépose de l’ouvrage. Onnote que l’effort est appliqué à 5,20 m de hauteurau-dessusdel’embasepourdesmâtsautoroutiersde20mdehauteur,à2luminaires.C’estdoncnettementplusqueles2mminimumrecommandésparlanoted’informationn°125.

Les vérifications mécaniques des candélabres n’ontaucuncaractèreréglementaire,etdoiventmêmeêtrepratiquéesavecprudence.Attention,lesrèglesNeigeetVent,sontunrèglementdecalcul,etnonuntextetraitantdesessaisàpratiquersurlescandélabres.

Enaucuncaslanoted’informationn°125neconstitueune homologation de méthodes existantes, ellerecommandesimplementd’éviter,sitestilya,defairesubirauxsupportsdesniveauxdesollicitationsextrêmesrisquantenfaitdanscertainscasd’endommager lesinstallations.End’autrestermes,l’objectifdelanoteest de limiter l’intensité d’essais inappropriés pouréviterqu’ilsnedeviennent«destructifs».Pourmémoire,leniveaudesventsextrêmescorrespondpourlescandélabresurbainsàunepériodederetourdel’ordrede300ans.Ilestparconséquentabsurdedetesteràceniveaudechargeultime(Elu,étatlimiteultime) les installations d’éclairage car ce niveauprocheduniveauderuineendommagel’installation.Leniveaudeservice(Els,étatlimitedeservice)dontlapériodederetourestde50ans,constitueleniveauapproprié du vent pour des essais, et correspond àl’effet du vent caractéristique (1,20 fois le niveaunormal) dans la terminologie des règles Neige etVent.

Ce niveau correspond à un coefficient de sécurité :γ = 1,50surl’effortdepressionexercéparlevent.

Onretrouvelecoefficient1,50endécembre2003danslaseulepublicationscientifiquetrouvéesurlesujet[5],avecuneffortappliquéàlahauteurde6,85m,soitprocheducentredepousséeduventpourlesmâtsde15,60mconcernés.Lemomentappliquélorsdesessaisdécritsparcettepublicationesteneffetde30kNmpourunecapacitérésistanteEludelafondationde45,1kNm.LacapacitéEludufûtétaitparailleursde52,3kNmàlalimitedudomaineélastiquedel’acier,sanstenircomptedelaruineparvoilementlocalquirabaisselégèrementcettevaleur.

Plusieurs années après la publication de la noted’information n°125, il apparaît que des méthodesproposées aujourd’hui sur lemarchépour tester lescandélabresnesontpastoujourssatisfaisantes,carleseffortsappliquésnesontpasreprésentatifsdeseffortsréelscausésparlevent.Lesprincipesquidevraientêtreexigéspourlestestssontlessuivants:

l'effortappliquédoitêtrehorizontal(figure2);l'effortdoitêtreappliquéàmi-hauteurducandélabre

de façon à reproduire correctement l'effet du vent,dont le centre de poussée est à peu près situé à ceniveau;

iln'estpassouhaitablequeletreuilouledispositifhydrauliquesoitmotorisé.Leseffortsappliquéssontmodestes et un système mécanique bien contrôlé,accompagnéd'undispositifdemesurepermanentdel'effort, suffit et permet d'éviter l'application d'uneforceexcessive;

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Figure 1 : mise en évidence d’une tige cassée par application successive de l’effort dans les différentes directions – Source : Roch-Service


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le treuil est mis en place suffisamment loin ducandélabre pour ne pas exercer des efforts sur lesfondationsparl'intermédiairedusol,quiviendraientfausser les mesures de déformations. Bien sûr, lescapteurs de déformation doivent être installés surun support fixe, lui aussi suffisamment éloignédu candélabre : des systèmes optiques éloignés ducandélabrepourraientparexemplefairel'affaire.

Lanoted’informationn°125a été rédigée en2003aveclesoucidenepasbrutalementinterdiredefactotoutessaistatiquedecandélabreselonlesméthodesalorsdisponibles.

Cecoefficientdesécuritéde1,50adoncétéaugmentédanslanoted’informationn°125d’octobre2003pourtenircomptedelahauteurdupointd’applicationdela charge, car il est provisoirement admis que cettehauteurpuisseêtredescendueàdeuxmètresau-dessusdelabasedufût.Encontrepartie,leniveaudechargeestlimitéà60%duniveauEluduventextrême:soit γ = 1,67 sur l’effort de pression exercé par levent.

Sil’effortestappliquéàdeuxmètresdehauteurdansle cas du candélabre courant de 12 m de hauteurde lafigure2, l’effortappliquédoitêtre triplépourproduire le même moment fléchissant en pied.L’effort tranchant triple concomitant du momentfléchissantenpieddemeuretrèsagressifpourcertainssols de mauvaises caractéristiques géotechniques.Dans ce cas, il faut donc être très prudent dansl’interprétationdes résultatsd’essais : ilne fautpasconclure à une plastification du fût du candélabre,quand les déformations observées sont en fait desimplestassementsdusolprovoquésparl’agressivitédelaméthodedetest.

Pour faire la différence entre un mouvement detassement du sol et la plastification du fût, il suffit

• d’enregistrer,lorsdel’applicationdel’effort,outredesdéplacementsaupointd’applicationdelacharge:

ledéplacementàlabasedufût,larotationdumassifdefondationaumoyend’un

inclinomètreappuyésurcemassif.Unrecoupementetuneanalyseplusfinedesrésultatsestalorspossible.

Si l’on compare la variante de la figure 3 à laprocédureillustréeparlafigure2,plusieursproblèmesapparaissent:

l'effort normal concomitant dû à l'inclinaison ducâble,peutvenirrefermerunefissureetfausserainsilesrésultatslussurlescourbesefforts-déformations.Leseffortstransmislorsdel'essaidoiventreprésenterleseffetsduvent.

la présence d'un buton permet apparemment deréduire l'effort tranchant transmis à la fondationet d'abaisser le point d'application de la charge.Cependant ilne fautpasannuler l'effort tranchant,car le vent transmet bienun effort tranchant et leseffortstransmislorsdel'essaidoiventreprésenterleseffetsduvent.Le réglagede l'effort transmispar lebutonpourreprésentercorrectementleseffetsduventestdonctrèsdifficile,etceteffortdoitentoutétatdecauseêtreenregistrélorsdel'essai.

dufaitdel'inclinaisonducâble,latensiondoitêtreaugmentée,ou lepointd'attachedoit êtrefixéplushautàtensionégalequ'aveclecâblehorizontaldelafigure 2 pour obtenir le même moment fléchissantenpied.

En pratique, une procédure du type de la figure 3nécessiteraitdedémontrer:

qu'on maîtrise toujours dans les conditions duterrain,etpasseulementenlaboratoire,leréglagedel'efforttranchanttransmisàlafondation;

que le test n'est pas trop agressif. Quand l'effort

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Figure 2 : schéma souhaitable du test statique. Le candélabre figuré est un ouvrage routier courant d’environ 12 m de hauteur

Figure 3 : variante à éviter

Éclairage public : Quelques éclaircissements pour les maîtres d’ouvrages


tranchantestabaissé,parexempleà2mau lieude6m, l'effort tranchantreste tripléentre lebutonetlepointd'applicationdelacharge.Sil'ondescendlepoint d'application à un mètre, il est multiplié parsix.Ilfaudraitavoirdémontrépourtouslestypesdecandélabres qu'un test mécanique de ce type n'estpas trop agressif. On est en effet dans la zone dela porte pour tous les candélabres métalliques, del'assemblageavecl'embasequiestunezonesensiblede certains candélabres en aluminium, ou dans lazone de l'assemblage pour les candélabres avec unfûtenbois.

La prestation de test mécanique ne dispense pas lemaître d’ouvrage des vérifications prévues dans lafichen°8du«guidedemaintenancedesinstallationsd’éclairagepublic».Sonattentionestparticulièrementattiréesurlanécessité:

d'un examen visuel assez fréquent des boulonsd'ancrageetdesvisseries,ainsiqued'uncontrôledeleurétatdeserragetousles3ansaumoins;

delarecherche,àcetteoccasion,desjeuxsurvenantdufaitd'uneconceptiondéfectueusedel'ancrageenpied,d'undesserrage,d'unedéconsolidationlatéraledelafondation,d'undéfautdesoudureoudetouteautreorigine;

de recenser les candélabres montés sur tiges parécrouetcontre-écrousansmortierdecalage,defaçonàremédieràcettesituation.Detelsexamenssontrecommandésaprèsunetempête,oupire,aprèsdesessaisstatiquesmenésàunniveaude charge exagéré, sans tenir compte de la noted’informationn°125duSétra.

D’autresméthodessontencoursdemiseaupointetdevraientprochainemententrerenphased’applicationpratiquecourante.Onpeutciter:

les méthodes dynamiques, avec lesquelles onappliqueaucandélabreuneffortaudroitducentredepousséeduvent. Leniveaudechargepeutdemeurerfaibleetpeuagressif,del’ordredelamoitiéduniveauEls. On observe les courbes d’amortissement aprèsdétachementbrutalducâbled’applicationdelacharge.Ladéterminationducoefficientd’amortissementetlesirrégularités des courbes peuvent révéler les défautsles plus graves d’un fût de candélabre, notammentlesfissuresdefatigueàlaliaisondufûtavecl’embase.Uneméthodedecetype aétéexpérimentéeenIowa[2]avecleconcoursdel’UniversitéLehigh,excellentcentred’expertisedans ledomainede la fatiguedesstructuresmétalliques(photo2);

les investigations au moyen d'ultra-sons dans lestigesd'ancrage,quiontfaitrécemmentl'objetd'unepublicationdansleBulletind’Ouvragesd'art[3]■

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Photo 2 : test dynamique expérimental, en Iowa – Source : Bruce Brakke

Références bibliographiques

[1]RevueLUXduSyndicatdel'éclairage:«Candélabrespour l'éclairage public », numéro 239, septembre-octobre2006.

[2]StateofIowa;“Fieldinstrumentation,testingandlongtermmonitoringofhighmastlightingtowersintheStateofIowa”Finalreport,Novembre2006.

[3]Barbier,V.;Goury,Ph.;«Miseaupointd'uneméthodededétectiondesdéfautsparultrasonsdanslestigesd'ancrage»BulletinOuvragesd'artduSétranuméro50,novembre2005.

[4]Kretz,T. ;Berthellemy, J. ; «Propositionspourla vérification à la fatigue des Portiques, Potences,et Hauts Mâts. » Bulletin Ouvrages d’art du Sétranuméro49,juillet2005.

[5] Fiedler, LD. ; Jahnke, H. ; "ExperimentelleTrag s i che rhe i t sbewer tung e ine s s t äh l e rnenBeleuchtungsmastes."Stahlbau,numéro72,décembre2003

[6]Berthellemy,J.;«Éclairageduréseaudesroutesnationales : Recommandations pour le contrôle dela stabilitédessupportsparunessaidechargementstatique»,Sétra,noted’informationn°125,octobre2003.

[7] Berthellemy, J. ; « Modification de la carte deszones pour appliquer les règles Neige et Vent NV65 » Bulletin Ouvrages d’art du Sétra numéro 36,décembre2000.


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Étanchéité des ponts par feuille préfabriquée bitumineuseLa semi indépendance : fausse solution au vrai problème des gonfles

MichelFragnet

Depuis quelques années on voit proposer en tantqu’étanchéitédesponts,desprocédésd’étanchéitéparfeuilles bitumineuses posées en semi-indépendance,le plus souvent sous une couche d’asphalte à grosgravillons.Cesprocédéssontissusdetechniquesdubâtiment.

La Commission en charge des avis techniques surles étanchéités des ponts est amenée à donner unavis sur ces procédés. Or, il faut savoir qu’un avistechnique n’est qu’un document d’information surlesperformancesdesproduitsouprocédés qui sontproposéesàlacommission.Enoutre, lechapitreIIIdel’avistechniqueestparprincipe,établisurlabased’un consensus sur les performances d’un procédéd’étanchéité mesurées par des essais de laboratoire.Ces essais visent à assurerque leprocédé satisfait àdesspécificationsminimalespourcescaractéristiques.Il ne traduit pas ou que très imparfaitement lecomportement du procédé in situ soit par manquedereculoud’expériencesoitdufaitdesdifficultésderemontéedes informations à laCommission.Avoirunavistechniquenesignifiedoncpasqueleproduitdonnesatisfactionparleseulfaitd’avoircetavis(voirnotedeprésentationdesavis,notammentles§1.3,2et5).

L’auteur,quiarédigél’articleentantqueresponsabledelacelluleéquipementdespontsauCtoaduSétraetnoncommemembredelacommissioncitéeci-dessus,seproposedesouligner,danscesavis,certainspointsquisontàlireavecattention,carl’interprétationestparfois problématique, parce qu’ils soulignent lesrisquesd’effetsnéfastesentermed’efficacitédeschapes

d’étanchéitéquel’onpeutcraindre,àmoyenterme,enfaisantappelàcestechniques.

Lasemi-indépendanceaeusonheuredegloireavecles procédés asphalte qui ont été présentés dans leguidetechniqueSterdès1964.Elleétaitnécessairecar l’application d’un matériau à une températuredeplusde200°Csurunbétoncontenanttoujoursun peu d’humidité(1) avait comme conséquencela formation de bulles, cloques voire gonfles aumoment de l’application. La solution «bâtiment»consisteàposercemasticd’asphaltesurunecouched’indépendancetotale(engénéralunpapierkraft).Surlesponts,pourreprendreleseffortsdefreinageetpour

(1) Sur la cinématique des gonfles, les causes probables, nous renvoyons au rapport de recherche « cloques et gonfles » publié en Septembre 1998 par le Ctoa du Sétra. Réf F9852

Photo 1 : exemple du glissement d’un complexe étanchéité/revêtement sur une couche de semi-indépendance – Source : Sétra/Ctoa


éviterunglissementsurlafeuilledepapierkraft,uncompromisaconsistéàprévoirdeszonesoùlacouched’étanchéitéétaitaucontactdubéton(les trousdupapierkraftàtrousouentrelesmaillesd’untissudeverre)etdepermettreàlavapeurd’eaudes’expansersouslacouchedepapierkraftouparlesfibresdutissudeverre.Onparlealorsdesemi-indépendance.

L’inconvénient majeur de cette disposition était depermettreaussiàl’eauquiauraitpupénétrerautraversdelachape(pointssinguliers,relevésmalfaits,fissuresde la chape, …) de suivre le chemin inverse de lavapeurd’eauetdepercolertranquillementàl’interfacechape/bétonjusqu’àunezonedelastructureparoùellepouvaitpénétrer.

Ceciabienétédémontrépardesconstatationsfaitessur des chapes selon ce concept, notamment enAllemagnemaisaussienFrance.

C’estpourquoi,pouréviterlestraitementscomplexesdespointssinguliers,destechniques«adhérentes»ontétéproposéesdanslesannéessoixanteaveclesfilms

prépondérantdel’efficacitéd’unechaped’étanchéitépuisquecelavapermettred’éviterlescontaminationsd’interface par suite de problèmes de défauts deconceptiondespointssinguliers,deserreursdechantieretdesrisquesenservice(percementd’unechapelorsd’uneopérationderabotage,parexemple).

Techniquement, pour empêcher la formation desgonflesavecdesfeuillespréfabriquéesbitumineuses,ilfautsoitaugmenterl’adhérenceausupport,orleslimitesdesmatériauxbitumineuxnepermettentpasd’allerau-delàde0,4MPa,soitempêcherlapressionde vapeur de se développer. Pour cela, on peuts’opposer(voir(1))àlapressionenprévoyantlamiseenœuvred’unprimaireassurantunefonctiondeboucheporesàbasederésinepolyuréthanneengénéral,(dontledosageminimalpour être efficace semble être del’ordre de 800 g/m²), ou en assurant une isolationthermiquecontre l’effetde l’ensoleillementqui,parsoneffetcalorifique,estlacausedelatransformationdel’eauenvapeuret/oudedilatationdesgazcontenusdanslebéton.

Figures 1 : épaisseur d’enrobé préconisée sur Fpm et Fpa

minces adhérents au support (voir guide techniqueSter66,parexemple).Pourcontrebalancerlapressiondevapeur,lesvaleursd’adhérenceausupportontétéfixéesà1MPasur labased’uncalcul simplistequidonnaitunminimumde0,7MPa.

Lesfabricantsdefeuillespréfabriquéesbitumineusesontproposéensuitedessolutions,grâcenotammentaux performances des bitumes modifiés par despolymères. Malheureusement, ces produits à basede bitume ne permettent pas de dépasser unevaleurd’adhérencede0,4MPaà20°C.Cequiestnotoirementinsuffisant,surtoutencasdedéfautdesoudage,pourcontrebalancerlapressiondevapeur.

Il faut savoir que le principe de l’adhérence est,pour les chapes d’étanchéité des ponts, un élément

C’estpourquoi,onpréconiseunecouched’épaisseurd’enrobé de 7 cm minimum (5 cm au-dessus d’uncomplexe feuille + asphalte puisque la couched’asphalteapporteaussiuneisolationetàconditiond’avoirdesenrobésformulésenconséquence).Cettecouched’enrobéapporteoutrel’isolationthermique,unemassequijouedanslemêmesens.

Les techniques de feuilles bitumineuses posées ensemi-indépendance sont un retour en arrière et nesont donc pas techniquement un progrès pour ladurabilitéetl’efficacitédeschapes.D’autantquedesincidentsrécentssemblentmontrerqueleurefficacitéentantqueparadeàlaformationdegonflen’estpastoujoursvérifiée.Parailleurs,lareprisedeseffortsdecisaillement sous les actions des forces horizontalesreste encore à prouver (voir les courbes types de

Fpa:Feuillepréfabriquéebitumineuse+AsphalteFpm:Feuillepréfabriquéebitumineusemonocouche

Étanchéite des ponts par feuille préfabriquée bitumineuse

30 Ouvrages d'artN°55 juillet2007

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cisaillementd’interfacesurlafigure2).

Latenued’unenrobédefaibleépaisseursurunsystèmenonliéausupportestsujetteàrisque.

Nous considérons donc que les systèmes à basede feuilles bitumineuses préfabriquées en semi-indépendancenedevraientpassevoirsuruntablierd’ouvragesoustraficToetplusousoumisàdeseffortstangentiels (courbes, zonede freinage, etc.) comptetenudesrisquesimportantsquecelaapportentetquecessystèmesproposéespardesentreprisesontsurtoutunobjectifàcourttermequiestlafacilitédemiseenœuvre,uncoûtévidemmentréduitparrapportàunsystème«adhérent»etl’absencedesoucivis-à-visdesgonfles avant lamise enœuvredes enrobés (encoreque, sur ce point, des incidents récents montrentquecesprocédésnesontpasà l’abridecerisque !)maisilconvientdecomparerdeschosescomparableset ces systèmes n’apportent pas le même niveaude performance que les systèmes à base de feuilles«adhérentes».

Rappelons, par ailleurs que seuls les systèmes«adhérant»sontadmissurlespontsmixtes(2).

Enconclusion,nevouslaissezpasabuserparlechantdessirènesdessystèmessemi-indépendantsetexigez,dansvosCctp,dessystèmes«adhérant»conformesauF67,titreI■

(2) Voir le chapitre 7 du guide « Ponts mixtes. Recommandations pour maîtriser la fissuration des dalles ». Sétra, septembre 1995, Réf. F 9536..

Légende :1.courbetypedesprocédéstypeFpm(feuillepréfabriquéemonocouche)avecliantàBmp(Bitumemodifiépardespolymères)typeApp(Polypropylèneatactique)adhérentausupport2.courbetypedesprocédéstypeFpm(feuillepréfabriquéemonocouche)avecliantàBmptypeSbs(StyrèneButadièneStyrène)adhérentausupport.3 . courbe type des procédés type Fpa ( feu i l l epréfabriquée+asphalte)ensemi-indépendance

Commentaires :a) Ces courbes illustrent les efforts de cisaillementd’interfaceenfonctiondudéplacementdanslesconditionsdel’essaitelqu’ilestactuellementréaliséauLrpcd’Aix(unenormeNFEN13653récenteproposeundispositifd’essaidifférentmaisdemêmeprincipe).b) Il s’agit de courbes moyennes et il peut y avoir degrandesvariationsd’alluresentrelesproduitsd’unemêmefamillemaisl’alluregénéralereste.

Figure 2 : courbes types de cisaillement de trois familles de produits

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Celafaitunequarantained’annéesqueleprocédéTerreArméeest employépour la constructiond’ouvragesde soutènement et de culées (et fausses culées)d’ouvrages d’art. La surveillance de ces ouvragesimpose notamment d’apprécier régulièrement l’étatdecorrosiondesarmaturesmétalliquesnoyéesdanslesremblaistechniques,(àcetégardonsereporterautilement aux documents cités en références [2] et[4]ci-après).Lesinvestigationseffectuéesontmontréparfois un vieillissement prématuré des armatures,en particulier pour les ouvrages de technologiesanciennes.

A la demande du Sétra, le laboratoire régional despontsetchaussées(Lrpc)deStrasbourgadoncréaliséen 2004 une synthèse des résultats disponibles surl’étatdesarmaturesdesouvragesenterrearméeissusdes investigations effectuées sur ces ouvrages. Lesdonnées recueillies proviennent essentiellement desinvestigationseffectuéesparlesLrpc,etnotammentpar leLrdeStrasbourg, etdecelles réaliséespar laSociété Profractal pour près d’une cinquantained’ouvrages.La synthèse présentée ci-après concernedonc116ouvragesroutiersouautoroutiers,quisontdesmursdesoutènementoudesculéesporteuses.

Ces résultats confirment, s’il le fallait, l’importancedelasurveillancedesouvragesenservice,etl’absoluenécessité, pour les plus anciens de ces ouvrages,et notamment pour ceux dont la construction estantérieureà1979,defaireprocéderdanslesplusbrefs


GilbertHaïun,Jean-MarcJailloux,FabienRenaudin

délaisàundiagnosticdel’étatdesarmatures,sicelan’apasétéfaitdepuisplusde7ansenviron(délaiportéàunedizained’annéesaupluspourunouvragequiavaitétéreconnu«sain»,etsituédansuneambiancenonagressive-cf. références[2]et[4]).

Photo 1 : effondrement local d’un mur de soutènement en terre armée construit en 1974Source : Lr de Strasbourg

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Ouvrages recensés

Troisdeces116ouvragessontdesmursdesoutènementconstruits avec des armatures en acier inoxydable.Celles-ciontétéutiliséesen1974et1975;deuxdecesouvragesontétéréparésparclouage.

Trenteseptd’entreeuxsontdesouvragesconstruitsavecdesarmatureslissesenacierE24-1galvaniséde3 mm d’épaisseur, revêtues d’une épaisseur de zincde25à40microns(galvanisationàchauddestôlesavantdécoupage,selonleprocédéSenzimir).Cetyped’armature a été leplusutilisé jusqu’en1976-1977et concerne donc la plupart des ouvrages routiersconstruitsavantcettedate.

Enfin,soixanteseizedecesouvragesontdesarmaturesdites à haute adhérence (dénomination due à laprésence de crénelures destinées à améliorer lefrottement sol/armatures), en acier doux galvanisé,de 5 mm d’épaisseur. Elles sont galvanisées autrempé avec un revêtement de zinc d’environ 70micronsparface.Cetyped’armatureenacierE24-1a été mis en œuvre à partir des années 1977-1978et concerne donc pratiquement tous les ouvragesroutiers construits depuis cette date. Il est à notertoutefoisquedepuisprèsd’unequinzained’années,onutiliseessentiellementcemêmetyped’armature,maisenacierE36-3(ouFe510couS355JO),quiprésenteenoutreunesectionrenforcéecotéparement(épaisseurde8mm).

Ces dispositions sont illustrées par la figure 1 quiprésenteladistributiondeces 116ouvragesparannéedeconstructionetpartyped’armature.

Principaux résultats de l’analyse des données

Les données recueillies permettent de disposerd’environ500échantillonsderemblaisetd’armatures.Les principaux résultats présentés ci-après neportent que sur les armatures en acier galvaniséqui,à l’exceptiondequelquesrarescas(3sur116),concernentlatotalitédesouvrages.

Le graphique de la figure 2 indique les pertesd’épaisseur moyennes mesurées sur les échantillonsd’armaturesprélevés,enfonctiondutyped’armatureetdeleurâge(âgedel’ouvrage).Ainsi,etsansanalyserici dans le détail les causes de cette différence decomportement, il apparaît assez nettement que lesarmaturesde3mmd’épaisseur,dont l’épaisseurdegalvanisation est d’environ 30 microns (armaturesgénéralementutiliséesdanslesouvragesdontladatede construction est antérieure à 1978) présententglobalement une perte d’épaisseur moyenne trèssensiblementsupérieureàcelle desarmaturesde5mm,dont l’épaisseur de galvanisation est de 70 microns(armatures enprincipesystématiquementutiliséesaudelàdecettedate).

La ligne oblique tracée en rouge sur le graphiquefigure2 représente la perte moyenne d’épaisseurde métal (acier et revêtement de zinc) par face, enfonctiondutemps,priseenconsidérationaujourd’huidans les justifications techniques.Pour lesouvrageshors d’eau (cas général ici), elle a pour expressionP=25*T0,65.

Figure 1 : distribution des 116 ouvrages auscultés par année de construction et par type d’armature

Figure 2 : perte d’épaisseur moyenne d’acier mesurée sur les échantillons d’armatures en fonction de l’age de celles-ci et de leur constitution



On notera par ailleurs que pour les armatures àhaute adhérence, environ30%des échantillonsneprésentaientpasdeperted’épaisseurquantifiable.Ceséchantillons ontdoncétéportéssur l’axedesabscisses(lefaiblenombredepointsainsireportéstientaufaitquepourunemêmeannée ces derniers se trouventdoncsuperposés).

La différence de comportement entre les armatureslisses et les armatures à haute adhérence (HA) estbeaucoupplusaccentuéeencorelorsquel’onconsidèrelaperterelativederésistancedesarmatures(∆R/R0).

Ilestclairquepouruneperted’épaisseur∆edonnée,laperterelativederésistanceestd’autantplus importantequel’épaisseurd’originedel’armaturee0estfaible.

Parailleurs,etcommel’illustrelafigure3(1)ci-aprèsétabliepourlesarmatureslisses(3mmd’épaisseur),laperterelativederésistancedel’armaturepeutêtreliéeàsaperterelatived’épaisseurparlarelation(2):

∆R=K.∆eR0 e0Ce rapport K ainsi défini entre perte relative derésistance et perte relative d’épaisseur traduitessentiellement le fait que la corrosion n’est pasuniforme. Il est ici de l’ordre de 2 lorsque la perterelatived’épaisseur(∆e/e0)sesitueentre10et20%. Onconstateégalementsurcegraphiquequelapertederésistancedel’armaturepeutêtrepratiquementtotale(résistancerésiduellequasinulle)lorsquecetteperted’épaisseurrelative(∆e/e0)atteint30%environ.

(1) Sur cette figure, les valeurs des résistances initiales R0 ont été recalés de façon à ce que la régression linéaire reliant la perte relative de résistance à la perte relative d’épaisseur passe par l’origine. (2) Jailloux J-M, Montuelle J. - La corrosion de l’acier galvanisé dans les sols - 8ème Congrès européen de Corrosion, Nice - 19-21 nov. 1985.

PourlesarmaturesHA,unetelleexploitationn’estpaspossibledufaitdesfaiblescorrosionsconstatées.

Outre les différences technologiques fondamentalesentre les deux types d’armatures évoquées ici, ilconvientdesoulignerégalementlesdifférencesqu’ilpeut y avoir dans les dispositions de conception etdeconstructiondesouvrages.Ainsi,l’unedescausesles plus fréquentes d’une corrosion excessive desarmaturesestl’évolutiondel’agressivitédesremblaispar infiltrationd’eauxchargéesd’agentsagressifsenp

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Ouvrages d'art...Ouvrages d'art N 55 juillet 2007 OUVRAGES MARQUANTS Le concours de maîtrise d’œuvre Compte-tenu de la haute technicité requise pour l’ouvrage et de son fort