Tabliers cantilever : diagnostic et réparations

Ir Patrice Toussaint, directeur f.f. Service Public de Wallonie Direction de l’Expertise des Ouvrages

1. Introduction

2. Ouvrages cantilever – Principes

– Points faibles

3. Quelques cas traités

4. Conclusions

Introduction :

Quelques mots sur la gestion des ponts

en Wallonie

La gestion des ponts

• Compétence Régionale

• Région Wallonne => Service Public de Wallonie (SPW)

– 5000 ouvrages (> 2 m pour les ponts)

– Gestion par Directions Territoriales (+/- province - 450 ouvrages max.)

– Inspections périodiques tous les 3 ou 6 ans

• En interne sauf exception

• Attribution d’un groupe de santé (A= dangereux F=sain)

• En fonction, demande d’une expertise complémentaire

SPW - Direction de l’Expertise des ouvrages

SPW - Direction de l’Expertise des ouvrages

Les tabliers « cantilever »

Principes

Les tabliers « cantilever »

Points faibles

Infiltrations d’eau (avec chlorures)

Dalle souple

Infiltrations d’eau

Infiltrations d’eau

Infiltrations d’eau

Infiltrations d’eau

Réduction brusque de hauteur

• Ferraillage important

• Avec câbles de post-

contrainte

• Enrobages mal

respectés

• Peu de place pour le

béton

Efforts de traction

• Variation de géométrie

• Efforts T et M importants

=> Fissuration à l’angle du

bec

Présence des appuis

Zone exigüe

• Inspection difficile

• Réparations complexes

Au final, zone très sensible et potentiellement

dangereuse

Au final, zone très sensible et potentiellement

dangereuse

Quelques cas traités

• Viaduc de la Concorde à Laval (Québec)

• Viaduc de Cheratte (Liège)

• Ponts sur le ring de Charleroi : 2 cas

Viaduc de la Concorde : 1971

CERES 8 Décembre 2008

Coupe longitudinale

• Pont cantilever

• Travées portantes : dalle épaisse en béton armé

Rupture du bec cantilever coté Sud-Est

Rupture du bec cantilever coté Sud-Est

Cause 1 : Conception

• Grande concentration d’armatures dans un même

plan => favorise une fissuration horizontale.

• Ancrage inadéquat des barres longitudinales

Cause 1 : Conception

Ancrage insuffisant (Ø 25.4 mm)

Ancrage insuffisant (Ø 43 mm)

Cause 2 : Réalisation

• Mauvaise implantation des armatures

Cause 2 : Réalisation

Résistance des barres diagonales

Cause 3 : Qualité béton

• Béton de qualité insuffisante pour résister aux

cycles de gel-dégel et à l’action des chlorures

Cause contributives 1 : Cisaillement

• Pas assez d’armatures de cisaillement (↑ trafic)

• Pas de chape d’étanchéité

• Dégradation du béton lors du remplacement du joint

CERES 8 Décembre 2008

Evolution de la fissuration

Coupes transversales dans le béton

CERES 8 Décembre 2008

Essais en laboratoire

Bec tel que construit

Bec tel que conçu

‘Remplacement du joint’

P = 1075 kN

Viaduc sur ring de Charleroi

Viaduc sur ring de Charleroi

Défauts

• Infiltrations d’eau

• Eclats de béton

• Armatures corrodées

jusqu’à rupture

Défauts

• Fissuration

Relevé visuel systématique

Relevé des fissures

Teneurs en chlorures

Stabilité

• Calculs – Sous charge de dimensionnement de l’époque (32t + foule 400kg/m²

- coefficient dynamique de 1.2 OU 60t dans la bande de droite et 32t

ailleurs SANS la foule),

– A l’ELU c-à-d sous la combinaison 1.35 charges permanentes + 1.5

charges variables,

Résultats : léger sous-dimensionnement (+-15%) des zones

extérieures des chevêtres (sous les appuis extérieurs) et légère

réserve de l’ordre de 15% partout ailleurs;

Décision

– vu la difficulté de réparer correctement les becs et l’incertitude sur la qualité

du résultat de cette opération,

– vu l’augmentation des charges de trafic actuel par rapport aux charges de

dimensionnement de l’ouvrage,

– vu les résultats de la vérification et,

– vu le caractère généralisé des dégradations observées sur quasiment tous

les chevêtres,

→ Soulager les becs en dimensionnant une nouvelle structure porteuse

prenant appui sur les piles des chevêtres et supportant les tabliers du

pont

Renforcement

– Type « quadripode »,

– Solution métallique pour plus de facilité de

montage et de construction,

– Dimensionnement :

• selon les eurocodes (NBN EN 1991-2 modèle 1

adapté à la « classe belge » selon l’ANB de la

NBN EN 1991-2, c-à-d coefficient α =0.8),

• pour reprendre 100 % des charges provenant

du tablier de pont (soulagement complet du bec

cantilever des chevêtres),

Exécution

• Surconsommation importante d’acier :

– erreur et simplification dans le prédimensionnement

– MAIS SURTOUT, VERIFICATION à la FATIGUE : nombreuses jonctions entre des éléments présentant des orientations différentes

• Modification du système d’ancrage en base => création de 4 socles en béton ancrés dans la colonne plutôt que platine courbe avec scellements chimiques,

• Montage de la structure => (utilisation d’attaches temporaires en face inférieure des chevêtres)

• Vérinage de la structure (via vérins plats au niveau des appuis qui restent définitivement en place) pour qu’elle décharge effectivement les becs.

Exécution

• Après vérinage, les quadripodes reprendront 80% des

charges permanentes + une partie des surcharge

Démolition aux abords des joints et dalles souples

Rupture d’armatures dans la courbure

3/10/2017

R9 Charleroi

Rupture d’armatures dans la courbure

Rupture de barres courbes

• Rayon de courbure trop faible

• Corrosion avec chlorures

• Acier écroui (TOR) donc moins ductile

=> Rupture sous l’impact du burineur

R = 46mm

Décapage du béton

Réparations localisées

Réparation à proximité des appuis

Mise en place des ½ structures métalliques

Mise en place des ½ structures métalliques

Bétonnage des appuis et vérinage sous les poutres

Viaduc de Cheratte (Liège)

→ 3 ouvrages d’art → 650 mètres de long sur 30 mètres de large

Situation projetée

Renforcement et élargissement

Etanchéité et joints à remplacer

Renforcement au droit du bec cantilever

• La structure est rendue hyperstatique (continue)

– Pour une plus grande résistance

– Pour une plus grande durabilité

=> découpe du bec existant

Avant - après

Variante Suisse

Le pont de l’abeille à Charleroi

Infiltrations via joint de dilatation

Investigations

Résultats:

Conclusions:

• Délamination importante du béton et très forte pollution par les chlorures

(jusqu’au cœur des becs à 40 cm de prof.)

• Pas de plans de ferraillage des becs impossible d’estimer la

sécurité résiduelle

• Des barres pourraient être ré ancrées à titre préventif pour assurer la

reprise des efforts tranchants et des moments de flexion :

– 1: horizontalement en partie supérieure des

becs inférieurs (M)

– 2: en oblique (T)

MAIS: • Pas de plans de ferraillage donc complexité de concevoir le renforcement

• Sensibilité au gel-dégel

• Fissuration à 45° depuis l’arrête intérieure du bec

DONC:

• Démolition du béton dégradé des deux becs et reconstruction totale de ces derniers.

Méthode:

• Soulèvement de la travée centrale

• Démolition et reconstitution complète des becs

• Replacement de la travée centrale sur l’ouvrage

Découpe du bec

Le pont de l’abeille après réouverture au trafic

Conclusions

• Les becs sont des éléments faibles et potentiellement dangereux

– Difficiles à inspecter

– Difficiles à réparer

• Un suivi de l’existant est nécessaire

• Dans le doute, des réparations/renforcements sont à prévoir

• Le moins possible de nouveaux becs dans le futur