Soutenance mémoire
Typologie des ponts et éléments constitutifs
Pour remplir sa fonction, le pont est constitué d’une structure résistante capable de porter la voie et ses charges d’exploitation. Il possède par ailleurs des équipements spécifiques concourant à son bon fonctionnement, à la sécurité des usagers et à la durabilité de l’ouvrage .Les structures du pont doivent répondre aux données du projet. De formes multiples et variées, elles se réduisent finalement toujours à un tablier et un système porteur composé d’appuis et de suspensions éventuellement.
Les équipements respectent des standards propres à chaque type de voie concernée (route ou rail) et à son exploitation. Premier équipement : la structure de roulement qui est constituée par la chaussée pour la route et par le ballast et la voie pour le ferroviaire. Les équipements englobent aussi : les appareils d’appui, les joints de chaussée, les organes de sécurité (garde-corps, glissières de sécurité, barrières), les évacuations des eaux, l’étanchéité, la corniche, les circulations de visite, les matériels de voies (caténaires, poteaux, signalisation).
Tablier : platelage et poutraison
Le tablier est la partie d’ouvrage qui porte directement la voie (route ou rail) et en assure la continuité parfaite. Il comprend un platelage et une poutraison.
Le platelage, porteur de la chaussée ou du ballast, est le premier élément de résistance du pont. Nous verrons (§ 4) que le platelage travaille en dalle sous les surcharges de circulation de la voie et participe à la flexion d’ensemble du tablier.
La dalle est le plus souvent en béton armé, dans certains cas en acier ; mais elle peut également être mixte.
La poutraison métallique porte le platelage auquel elle est connectée (dalle en béton) ou soudée (dalle en acier) et se compose de :
Poutres longitudinales principales, complétées parfois par des poutres secondaires appelées longerons ;
Structures d’entretoisement disposées transversalement aux poutres pour la liaisonner entre elles et supporter éventuellement la dalle.
Système porteur
Le système porteur désigne l’ensemble des parties d’ouvrage qui supportent le tablier. Les culées marquent les origines du pont à chaque extrémité du tablier et assurent la transition entre la voie sur terre et la voie sur le pont. Ce sont des appuis indéformables. À ce titre, on y installe les appareils de voies ou joints de chaussée destinés à absorber les déplacements du tablier sous les déformations et effets thermiques. Entre les culées, le tablier est porté, selon les cas :
«Par le dessous» sur des piles ou des pilettes.
«Par le dessus» au moyen de câbles et pylônes.
Systèmes porteurs de tabliers
La disposition des appuis de tablier et leur nature dépendent de nombreux facteurs dont l’importance varie selon les données du projet : grandeur et profondeur de la brèche, données géotechniques du sol, servitudes des voies franchies, dégagement d’un gabarit, tracé de la voie, conditions d’exploitation de la voie dont la vitesse, les procédés de construction et de montage.
ll y a de multiples façons de porter le tablier d’une culée à l’autre, mais elles se ramènent toutes à deux principes fondamentaux caractérisant la position et la nature des appuis :
Le système porteur sur appuis inférieurs «rigides» : le tablier est en appui sur des piles. Cette disposition classique donne l’immense familles des ponts a poutres travées continues multiples de petites et moyennes portées.
Le système par suspensions «souple» : au-delà d’une certaine distance entre appuis (environ 200m), ou pour des brèches profondes qui nécessiteraient des piles trop hautes, le tablier sera plus économiquement porté par un arc, ou suspendu à une structure en câble de type haubanée ou suspendue. Les appuis passent du «dessous» au «dessus». D’un système d’appuis fixes et écartés on passe à un système d’appuis élastiques et rapprochés ; d’un fonctionnement rigide en flexion seule on évolue vers un fonctionnement plus souple mais plus complexe aussi, mêlant flexion, compression et traction ; enfin, du calcul linéaire on passe au calcul non linéaire avec grandes déformations. Au total, trois possibilités de porter un tablier : sur des piles, sur un arc et avec des câbles, possibilités auxquelles sont attachées les quatre grandes familles classiques d’ouvrages traditionnellement appelés ponts à poutres, ponts en arc, ponts à haubans et ponts suspendus.
Dalle mixte acier-béton
Les ingénieurs recherchaient des solutions de dalles légères pour résoudre les problèmes des grands franchissements en pont-route. On savait que les hourdis en béton, d’une masse de 750 kg par mètre carré pour une épaisseur de 30 cm, nuisaient au rendement des tabliers de grandes portées : ceux-ci consommaient en effet beaucoup plus d’acier pour se porter eux-mêmes que pour porter les sur charges d’exploitation .
Basée sur le concept d’une dalle mixte, elle est constituée :
D’une tôle en acier, épaisse de 6 à 10 mm, servant à la fois de coffrage et d’armature inférieure pour la dalle en béton ; D’une dalle mince en béton armé (8 à 10 cm d’épaisseur) ; D’un système de connecteurs assurant la liaison et la transmission des efforts de glissement entre la tôle et la dalle ; connecteurs goujons ou connecteurs en plats pliés (dalle Robinson).
Elle repose sur des pièces de pont distantes de 6 à 8 m et des longerons espacés de 1 à 2 m formant un réseau de poutres croisées. C’est donc bien une structure mixte, puisque les deux matériaux sont liés pour travailler ensemble afin de reprendre les efforts de flexion locale et de cisaillement. Malgré ses avantages reconnus, légèreté (300 kg/m²), réduction de l’épaisseur du tablier, coffrage tout fait, participation à la résistance d’ensemble, la dalle mixte était lourdement handicapée par un prix de revient élevé lié au coût de la pose des connecteurs. Avec l’évolution des procédés de construction, l’idée peut renaître.
Équipements de ponts
Les ponts comportent un certain nombre d’équipements indispensables au fonctionnement et à la pérennité de l’ouvrage : Les appareils d’appui ; La chaussée ; Les joints de chaussée ; Les dispositifs de retenue ; La protection anticorrosion ; L’évacuation des eaux pluviales ; Les corniches; Les installations de visite.
Le choix de ces équipements dépend non seulement de leur coût initial, qui peut atteindre 10 % du prix total de l’ouvrage, mais aussi des frais d’exploitation liés à leur entretien et à leur remplacement dans le temps. Ils ne doivent pas être à l’origine de désordres qui pourraient affecter la résistance du pont. Pour toutes ces raisons, les équipements de ponts sont des produits couverts par des homologations délivrées par l’administration compétente.
Seront abordés ici plus particulièrement les appareils d’appui qui sont directement impliqués dans le fonctionnement du pont.
Appareils d’appui
Fonction et disposition :Les appareils d’appui assurent la liaison mécanique entre les éléments porteurs principaux (poutres principales, arcs) et les appuis (piles, culées, massifs, etc.). Ils contribuent au fonctionnement d’ensemble de l’ouvrage et transmettent aux appuis les actions provenant des charges permanentes, surcharges d’exploitation, effets thermiques, actions sismiques, vent et tassements d’appui : Les forces verticales et horizontales ; Les déplacements de translation et de rotation.
Dans son plan horizontal, et sous les actions horizontales, l’équilibre du tablier doit être satisfait tout en garantissant une libre dilatation tant longitudinalement que transversalement pour les ouvrages de grande largeur. De sorte que le schéma d’appui idéal bâti sur ce principe doit comprendre : Un appareil d’appui fixe bloquant les efforts horizontaux ; Des appareils d’appui mobiles unidirectionnels en x ou y ; Des appareils d’appui mobiles multidirectionnels en x et y.
Appareils d’appui en acier
Réalisés à l’origine en acier moulé, maintenant usinés à partir de tôles épaisses et de ronds, ils sont de trois types.
L’appui linéaire. La rotation s’effectue par roulement d’une surface cylindrique sur une surface plane. En intercalant un rouleau entre les deux plans, l’appareil devient mobile .
L’appui ponctuel procure une liberté de rotation multidirectionnelle. Il s’agit d’une rotule sphérique réalisée par un contact plan sur calotte sphérique ou un contact sphère sur sphère.
L’appui ponctuel mobile est obtenu en ajoutant à la rotule sphérique un plan de glissement, unidirectionnel ou multidirectionnel selon la condition à réaliser, par interposition d’une plaque d’acier inoxydable poli associée avec une plaque de PTFE.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 :Généralités
1.1 Introduction
1.2 Typologie des ponts et éléments constitutifs
1.2.1 Tablier : platelage et poutraison
1.2.2 Système porteur
1.3 Systèmes porteurs de tabliers
1.3.1 Tablier appuyé sur piles ou « pont à poutres »
1.4 Poutraisons
1.4.1 Position relative poutraison-platelage
1.4.2 Poutraison « sous » chaussée
1.5 Dalle mixte acier-béton
1.6 Équipements de ponts
1.6.1 Appareils d’appui
1.6.2 Appareils d’appui en acier
1.7 Conclusion
Chapitre 2 :Présentation du cas d’étude
2.1 Introduction
2.2 Présentation de l’ouvrage
2.3 Conception générale
2.3.1 Les données fonctionnelles
2.3.2 La topographie
2.4 Données sismiques
2.5 Donner relative à l’environnement
2.5.1 Le vent
2.5.2 L’humidité
2.5.3 La température
2.5.4 La neige
2.6 Caractéristiques des matériaux
2.6.1 Béton
2.7 Les Aciers
2.7.1 Les aciers de constructions
2.7.2 Les aciers passifs
2.7.3 Aciers des poutres métalliques
2.8 Dimensionnement géotechnique des fondations
2.8.1 Les données de sol
2.8.2 Modèle géologique-géotechnique de référence caractérisation géotechnique
2.8.3 Typologie et géométrie de fondations
2.8.4 Fondations sur pieux
2.8.5 Fondations directes
2.9 Conclusion
Chapitre 3 :Charges et surcharges
3.1 Introduction
3.2 Désignation des charges
3.2.1 Les charges permanentes
3.2.2 Les charges dues au trafic
3.2.3 Les charges hors trafic
3.3 Evaluation des charges permanentes
3.3.1 Poids propre
3.4 Charges d’exploitations
3.4.1 Les modèles des charges verticales
3.4.2 Modèle de charge LM71
3.4.3 Modèle de charge SW/0 et SW/2
3.4.4 Modèle de charge « Train à vide »
3.5 Répartition des charges d’essieu par les rails, les traverses et le ballast
3.5.1 La force d’accélération et de freinage Q3
3.5.2 La forces de centrifuges Q4
3.6 L’action du vent sur le train Q5
3.6.1 Action du vent sur les trains
3.7 Effort de lacet Q8
3.8 Charges due aux passages de services QP
3.9 Effets dynamiques
3.9.1 Généralités
3.10 Coefficient dynamique∅
3.10.1 Combinaisons d’action
3.11 Conclusion
Chapitre 4 :Prédimensionnement du tablier et la voie ferrée
4.1 Introduction
4.2 Description de la coupe transversale
4.3 Pré dimensionnement des poutres
4.3.1 Choix des poutres
4.3.2 Nombre et espacement des poutres
4.3.3 Hauteur de la poutre
4.3.4 Semelle
4.3.5 Epaisseur des semelles
4.3.6 L’âme
4.4 Choix des entretoises
4.5 Les connecteurs
4.5.1 Le choix du connecteur
4.6 Les équipements d’une voie ferré
4.6.1 Superstructure
4.6.2 Pré dimensionnement
4.7 Conclusion
Chapitre 5 :Méthodologie de modélisation
5.1 Introduction
5.2 Hypothèses de modélisation du pont
5.2.1 Modélisation du viaduc à l’étude
5.3 Détermination des Charges et leurs combinaisons
5.3.1 Intégration des spectres RPOA et analyse spectrale
5.3.2 Les charges ferroviaires
5.4 Conclusion
Chapitre 6 :Démarche de calcul Statique Et Dynamique
6.1 Introduction
6.2 Etude Statique
6.3 Etude sismique
6.3.1 Modélisation du pont ferroviaire
6.3.2 Paramètres de l’action sismique
6.3.3 Détermination des actions sismiques
6.3.4 Les combinaisons de composantes de l’action sismique
6.3.5 La combinaison accidentelle
6.3.6 Analyse Modale
6.4 Conclusion
Chapitre 7 :Résultat et interprétation
7.1 Introduction générale
7.2 Résultats obtenus au niveau de la pile
7.2.1 Combinaisons Fondamentales
7.2.1.2 Combinaison d’action ELS
7.2.2 Combinaisons Accidentelles
7.2.3 Interprétation des résultats
7.2.4 Détermination de ferraillage dans les piles
7.3 Résultats obtenus au niveau des chevêtres
7.3.1 Combinaisons Fondamentales
7.3.2 Combinaisons Accidentelles
7.4 Résultats obtenus au niveau des tabliers
7.4.1 Combinaisons Fondamentales
7.4.2 Combinaisons Accidentelles
7.5 Résultats obtenus au niveau des poutres
7.5.1 Combinaisons Fondamentales
7.5.2 Combinaison des charges ferroviaire
7.5.3 Combinaisons Accidentelles
7.5.4 Interprétation des résultats
Conclusion générale
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