Ponts - cadres et portiquesGuide de conception
Service d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutesl ^ w i
Documentation photographique
:
- Photothque du C.T.O.A. du S.E.T.R.A. - D.DE. de l'Hrault - D.D E. de la Haute Garonne - D.D E. de la Seine Maritime - Scetauroute Bordeaux - Socit EBAL - Socit BOURACHOT
Ce document a t rdig au Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art du S.E.T.RA. par - V. Le Khac, Ingnieur E.N.P.C. - A. L. Millan, Ingnieur en Chef des Ponts et Chausses Sa prsentation c t assure par - E. Faure - J.P. Gilcart
Ponts - cadres et portiquesGuide de conception
Dcembre 1992
Document ralis et diffus par le
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SERVICE D'ETUDES TECHNIQUES DES ROUTES ET AUTOROUTES Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art46. avenue Aristide Briand - B.P. 100 - 92223 Bagneux Cedex - FRANCE Tl. : (1) 46 11 31 31 - Tlcopieur : (1) 46 11 31 69 - Tlex 632263 F
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NOTE DE PRESENTATION
Les ouvrages une trave de type pont-cadre et portique en bton arm constituent la majorit des franchissements en passage infrieur, lorsque la largeur de la voie franchie est modre (jusqu' une vingtaine de mtres) et lorsque le biais du franchissement n'est pas trop accus. Lorsque la largeur de la brche franchie est plus importante, c'est le cas des plates-formes autoroutires par exemple, il peut tre avantageux d'envisager selon les cas un cadre ou un portique double, de conception analogue celle d'un cadre ou d'un portique simple, mais comportant deux traves. Ces ouvrages sont dans leur majorit couls en place. Cependant, leur conception rustique est galement adapte une prfabrication qui peut porter sur l'ensemble de l'ouvrage ou seulement sur certaines de ses parties (pidroits ou murs de tte par exemple). Les ponts-cadres et portiques sont des structures monolithiques, en ce sens que les traverses et les pidroits forment un tout, d'o leur rusticit et leur robustesse tout--fait avantageuses. En particulier, l'encastrement du tablier sur les pidroits autorise une minceur remarquable, particulirement intressante dans le cas des franchissements de faible tirant d'air. De plus, dans leur grande majorit, ces ouvrages ne ncessitent ni joints de chausse ni appareils d'appui, ce qui leur confre une grande facilit d'entretien. En raison de ces atouts, cette population d'ouvrages n'a pas cess d'augmenter depuis la construction des premiers ouvrages de ce type. Cet essor a t largement amplifi par une action de standardisation du S.E.T.R.A. dans la conception et le calcul de ce type d'ouvrage, ce qui a permis d'amliorer de faon sensible la qualit et la durabilit, ainsi que la productivit. Le prsent document constitue une synthse et un guide de conception dtaill, tant sur l'aspect technique que sur l'aspect esthtique de ce type d'ouvrage. Le projeteur pourra y trouver les renseignements ncessaires l'tablissement d'un projet d'ouvrage, aussi bien dans les lignes gnrales que dans les dispositions construcdves de dtail, ainsi que des conseils dans le choix des moyens de calcul automatique. En ce qui concerne ce dernier aspect, il est noter que le calcul de ces ouvrages peut tre assur dans la trs grande majorit de cas par les logiciels PICF-EL (dans le cas des ponts-cadres) et PIPO-EL (dans le cas des portiques) du S.E.T.R.A. Ces programmes, ainsi que les guides de calcul associs, correspondent la rglementation franaise en vigueur. Le prsent document assorti de ces guides de calcul remplace donc les documents antrieurs relatifs ces ouvrages types, savoir les dossiers-pilotes PICF 67 et PIPO 74.
:h. BINET Ingnieur en Chef des Ponts et Chausses Directeur du Centre des Techniques d'Ouvrages d'Art
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SOMMAIRE
1 - PRESENTATION DE LA STRUCTURE1.1 - Morphologie 1.2 - Domaine d'emploi 1.3 - Avantages et inconvnients 2 - CONCEPTION GENERALE 2.1 - Implantation des appuis et choix du type d'ouvrage 2.2 - Largeur de l'ouvrage 2.3 - Adaptation au biais 2.4 - Calage 2.5 - Ouvrages prfabriqus 2.6 - Conception des murs de tte couls en place 2.7 - Conception des murs de tte prfabriqus. 2.8 - Etude esthtique 2.9 - Fondations 2.10 - Elargissement des ouvrages 3 - CONCEPTION DETAILLEE 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 - Matriaux utiliss - Dimensionnement gomtrique - Ouvrages de grande largeur - Ferraillage des ouvrages couls en place - Ferraillage des ouvrages prfabriqus - Murs de tte couls en place - Murs de tte prfabriqus - Equipements 8 10 12 13 13 17 18 20 21 22 24 25 39 40 43 43 44 45 47 56 58 65 65 71 71 73 74 75 75 75 75 79 79 80 81
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4 - EXECUTION 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 - Ouvrages couls en place - Ouvrages partiellement prfabriqus - Ouvrages totalement prfabriqus - Parements - Remblaiement - Finitions - Techniques particulires d'excution
5 - DEFAUTS ET DESORDRES 5.1 - Dsordres inhrents la conception et au calcul 5.2 - Dsordres et dfauts inhrents l'excution 5.3 - Dsordres et dfauts imputables aux matriaux
ANNEXE 1 - Dimensionnement des ponts-cadres 1.1 -Cas gnral 1.2 - Ouvrages sous remblai 1.3 - Ouvrages biais ANNEXE 2 - Dimensionnement des portiques 2.1 - Epaisseur de la traverse et des pidroits 2.2 - Epaisseur des semelles 2.3 - Largeur et excentrement des semelles ANNEXE 3 - Dimensionnement des murs de tte couls en place 3.1 - Murs de tte sur semelles (en aile ou en retour) 3.2 - Murs en retour suspendus ANNEXE 4 - Note sur le calcul des ponts-cadres et portiques 4.1 - Cas des ouvrages de biais modr 4.2 - Cas des ouvrages de biais prononc ANNEXE 5 - Bibliographie
83 83 84 84 87 87 87 87 91 91 95 97 97 100 107
1 ' PRESENTATION DE LA STRUCTURELes ouvrages une trave du type pont-cadre ou portique en bton arm constituent la majorit des franchissements en passage infrieur lorsque la largeur de la voie franchie est faible ou moyenne (jusqu' une vingtaine de mtres) et lorsque le biais n'est pas trop accus. Ils se prsentent comme une ouverture rectangulaire dans le talus, assortie de murs de tte dont la fonction est de maintenir les terres, en remblai ou en dblai ou la fois en remblai et dblai. L'aspect de l'ouvrage est trs influenc par son ouverture ainsi que par ses murs de tte et, dans une moindre mesure, par la largeur de la plate-forme de la voie porte. C'est ce que montrent, avec deux dispositions des murs de tte, les figures 1 et 2 dans le cas le plus courant : la voie porte (autoroute) est en remblai, la voie franchie a une ouverture d'une dizaine de mtres, le biais est faible.
FIGURE 1 : Ouvrage avec murs en aile
FIGURE 2: Ouvrage avec murs en retour
Lorsque la largeur de la brche franchie est plus importante, il est avantageux de chercher implanter un appui intermdiaire afin de rduire la longueur des traves et, par voie de consquence, l'paisseur du tablier. On peut envisager, selon les cas, un cadre ou un portique doubles, de conception voisine de celle d'un cadre ou d'un portique simple, dont un exemple est donn par la figure 3. Les cadres et portiques sont gnralement couls en place. Cependant, leur conception rustique est galement adapte une prfabrication qui peut porter sur l'ensemble de l'ouvrage, ou seulement sur certaines de ses parties (pidroits et murs de tte par exemple).
8 De tels ouvrages prfabriqus sont semblables, du point de vue de leur morphologie, aux ouvrages couls en place. Il est toutefois plus facile d'amliorer l'esthtique, et plus particulirement l'aspect des parements vus, par une meilleure finition et une plus grande varit dans le choix des teintes et des motifs.
FIGURE 3 : Portique double
1.1 -MORPHOLOGIE La conception de ces ouvrages est trs simple : le gabarit enjamber est envelopp par une structure monolithique en bton arm, en forme de U renvers. Les jambes du U, qui constituent les pidroits, sont relies par la traverse, qui fait office de tablier.
1,2 : demi-ouvrages 3 : mur en retour suspendu 4 : mur en retour indpendant 5 : mur en aile en T renvers 6 : caillebotis
FIGURE 4 : Morphologie d'un pont-cadre
L'ouvrage est complt par des murs de tte, soit en aile, soit en retour, assurant le soutnement des remblais. Les pidroits, verticaux, constituent des cules incorpores et sont fonds, suivant la qualit du sol et la porte de l'ouvrage : - sur un radier encastr sur les pidroits pour les ouvrages de porte modeste sur sol mdiocre, d'o rsulte la structure en cadre ferm, - sur semelles (cas gnral pour les portiques ouverts) pour des portes plus importantes, lorsque le sol de fondation le permet, - sur une ou deux files de pieux verticaux ou deux files convergentes de pieux battus inclins en cas de trs mauvais sol, ou lorsqu'une solution sur radier n'est plus conomiquement intressante en raison de l'importance de la porte. La traverse suprieure et, pour les cadres, le radier, sont encastrs sur les pidroits par l'intermdiaire de goussets, afin d'amliorer le degr d'encastrement et d'viter toute concentration de contraintes, prvisibles ou imprvisibles, ces dernires pouvant provenir, par exemple, d'une dissymtrie, mme lgre, dans le remblaiement de part et d'autre de l'ouvrage. Cet encastrement permet d'adopter des lancements importants pour la traverse suprieure, de l'ordre de 1/20 1/25. Cependant, dans les cas courants, on ne retient pas d'paisseur infrieure 30 cm pour des raisons de bonne construction. On obtient ainsi un ouvrage qui donne une impression fonctionnelle, bien adapte au type de franchissement, facile intgrer au site par l'tude des ttes et murs de tte, et prsentant une grande souplesse dans le choix de ses conditions de fondation. Gnralement, les ouvrages autoroutiers sont constitus de deux demi-ouvrages spars par un vide central au niveau des tabliers et relis par un joint sec ou par des murs masques assurant la continuit du soutnement et du parement entre les pidroits.
/, 2 : demi-ouvrages 3 : amorce de mur en retour 4, 5 : murs en retour 6 : mur en aile en T renvers 7 : mur en console
FIGURE 5 : Morphologie d'un portique
10 Toutefois, pour un ouvrage hydraulique, la grille centrale et, le cas chant, les masques, ne prsentent pas d'intrt particulier. Il est alors possible de prvoir, suivant la largeur de la voie porte et la portance du sol de fondation, soit un ouvrage monolithique, soit un ouvrage form de plusieurs tronons assembls par des joints. Ce trononnement est en particulier indispensable dans le cas d'ouvrages prfabriqus, pour des raisons de facilit de transport, de manutention et de mise en place. La description prcdente vaut galement pour les cadres et portiques doubles, qui comportent en plus un appui intermdiaire constituant le pidroit central. Cet appui est soit encastr aux traverses suprieure et infrieure dans le cas d'un cadre double, soit encastr ou simplement articul avec la traverse suprieure dans le cas d'un portique double. 1.2-DOMAINE D'EMPLOI Les cadres et portiques constituent la trs grande majorit des passages infrieurs dans la gamme de portes de 2 20 m et sont galement trs employs pour la ralisation de passages souterrains (dnivellation de carrefours en site urbain). Leur simplicit de forme et leur grande robustesse les rendent en effet ds bien adapts et trs comptitifs dans cette gamme de portes. Les cadres conviennent plutt des portes modestes (jusqu' environ 12 m) et prsentent l'avantage de pouvoir tre fonds sur tous les sols acceptant une fondation superficielle peu charge. En effet, la traverse infrieure, faisant office de radier gnral, exerce des pressions de l'ordre de 100 kPa (tats-limites de service rares), ce qui n'exclut pratiquement que les vases, les tourbes ou certains limons, et permet souvent de fonder l'ouvrage sur remblai compact. Pour les sols trop mdiocres, donnant lieu des tassements absolus ou diffrentiels excessifs, la solution la plus satisfaisante consiste purger ces sols et les remplacer par un remblai bien compact. En cas d'impossibilit, on pourra recourir un portique sur pieux, condition d'tudier soigneusement, tant sur l'ouvrage que sur les pieux, l'effet du tassement et du fluage latral du sol situ sous les remblais adjacents. Le cas chant, l'emploi d'une buse mtallique peut tre envisag si le gabarit et la hauteur de remblai le permettent. Par ailleurs, les cadres ferms peuvent tre utiliss comme pedts ouvrages hydrauliques lorsqu'une dviation provisoire coteuse du cours d'eau n'est pas ncessaire, et, en particulier, comme ouvrages de dcharge. Lorsque le tirant d'air est plat (rapport ouverture/hauteur suprieur 2) et si le rgime de la rivire s'y prte, on aura le plus souvent intrt raliser un cadre double ou multiple, surtout si on est sous remblai. On peut galement employer les cadres comme pedts ouvrages sous remblai (ouvrages hydrauliques ou passages btail) lorsque la hauteur du remblai sur l'ouvrage est infrieure 2 m.
FIGURE 6 : Ouvrage sous remblai
Au-del de cette limite, l'ouverture maximale conomique dcrot lorsque le remblai devient de plus en plus haut. A titre d'ordre de grandeur une hauteur de remblai de 3 m peut tre considre comme un maximum conomique pour une ouverture de 8 m.
-11 Pour les remblais de hauteur notable, les configurations extrmes (gabarit normal et remblai d'une part, surgabarit sans remblai d'autre part) sont rarement satisfaisantes ; les solutions comportant une hauteur intermdiaire de remblai tant gnralement plus avantageuses sur le double plan de l'conomie et de l'aspect. En particulier, lorsque la voie porte est large, il est ncessaire de considrer le problme de l'clairage sous l'ouvrage car la longueur couverte sera augmente de 3 4 fois la hauteur du remblai, ce qui peut amener un clairage naturel insuffisant sous l'ouvrage. Un clairage artificiel de jour tant a priori exclu pour ce type de franchissement, une solution de hauteur intermdiaire pourra prsenter les avantages suivants : - augmenter l'clairement la fois par le raccourcissement de l'ouvrage et par l'augmentation du tirant d'air, - conserver une part importante de l'conomie, savoir la suppression des dalles de transition et des amnagements latraux, ds lors qu'il subsistera au moins 1 m de remblai au-dessus de l'ouvrage. Pour les trs hauts remblais, on envisagera des solutions en vote qui, suivant la qualit du sol de fondation et l'tude conomique, peuvent tre soit de type rigide (bton arm), soit semi-rigide (vote mince en bton arm), soit souple (buse mtallique). Au-del d'une douzaine de mtres d'ouverture, le cadre simple peut tre remplac soit par un cadre double, lorsqu'il est possible d'implanter un appui central, soit par un portique. Le portique assure en effet la relve du cadre lorsque les portes franchir se situent aux environs de 10 m, cette limite dpendant essentiellement de la qualit du sol sous-jacent (les pressions admissibles sont donnes vis--vis des tats-limites de service, combinaisons rares) : - Lorsque le sol est mdiocre (pression admissible infrieure 200 kPa), les semelles deviennent aussi onreuses qu'un radier et prsentent un comportement moins sr ; dans ce cas, la transition entre les deux ouvrages se situe dans la gamme d'ouvertures d'environ 10 11 m (mesures suivant le biais, le cas chant). - Lorsque le sol admet sans tassement notable des pressions suprieures 3(X) kPa, un radier gnral perd de son utilit pour des ouvertures de l'ordre de 8 m ; il est alors prfrable d'envisager un portique. - Pour des portances du sol comprises entre 200 et 300 kPa, une tude conomique est ncessaire pour choisir entre les deux types d'ouvrage. Pour les portes plus importantes (suprieures 12 m), les domaines d'emploi du portique et du pont-dalle se superposent. Les critres permettant d'arrter un choix sont les suivants : - Possibilit de fondation : dans le cas de fondations superficielles, le portique est un ouvrage sensible aux tassements diffrentiels. - Gomtrie : le portique, compte tenu de ses murs de tte, n'est gure satisfaisant sur le plan esthtique, ni d'ailleurs sur celui du cot, pour des ouvrages de grande hauteur ; - Cot : l'exprience montre que, dans les cas moyens, le portique est plus conomique que le pont-dalle. A partir d'une ouverture de l'ordre de 15 m, lorsqu'il est possible d'implanter un appui central, le portique simple est en gnral avantageusement concurrenc par le portique double. A partir de 23 m d'ouverture, il est prfrable d'avoir recours un pont-dalle comportant une, deux ou trois traves, en fonction de l'importance de l'ouverture et de la hauteur du tirant d'air. Notons galement que, pour un portique, la prsence d'une certaine hauteur de remblai sur la traverse suprieure est gnralement plus dfavorable que pour un cadre, et pose deux sortes de problmes : - Un problme de structure : le poids du remblai ncessite un renforcement dont l'importance dpend de l'ouverture. Ce renforcement conduit un supplment de cot modr pour une ouverturede 10 m et une hauteur de remblai de 1 mgrcel'conomie apporte parl'absence de dalles de transition. En revanche, au-del de 1 m de remblai, l'augmentation de cot est trs rapide.
-12- Un problme de i'ondation : le poids total de l'ouvrage est ainsi accru et peut devenir excessif si la qualit du sol n'est pas suffisante. 1.3 - AVANTAGES ET INCONVENIENTS Les ponts-cadres et le;s portiques sont des structures monolithiques, en ce sens que les traverses et les pidroits forment un tout, d'o leur rusticit et leur robustesse tout--fait avantageuses. En particulier, l'encas trement du tablier sur les pidroits assure la stabilit de ces derniers vis--vis des efforts horizontaux (pousse des terres,...) et permet de mieux rpartir les moments dans le tablier que dans le cas d'une trave isostatique. Il en rsulte une minceur remarquable, particulirement intressante dans le cas des franchissements de faible tirant d'air. De plus, dans leur grande majorit, ces ouvrages ne ncessitent ni joints de chausse ni appareils d'appui, ce qui leur confre une grande facilit d'entretien. Par ailleurs, les structures votes ncessitent un surgabarit d leur forme, ainsi qu'une hauteur minimale de couverture au-dessus de la cl. La possibilit de disposer un remblai de faible hauteur sur les cadres et les portiques confre ces derniers une plus grande souplesse d'utilisation. En revanche, ces ouvrages, du fait de leur grande hyperstaticit, sont sensibles aux dformations imposes (tassements du sol notamment) et ncessitent certaines prcautions au niveau de la conception, du calcul et de l'excution. En rsum, les ponts- cadres et les portiques constituent une solution souvent bien adapte aux brches d'importance modre, tant sur le plan technique et conomique que sur celui de l'esthtique. Il est vrai que, parmi les ouvrages raliss, certains prsentent un aspect peu satisfaisant dans leurs fonnes ou leurs proportions, ou engendrent un effet d'cran prjudiciable la visibilit et l'esthtique pour les usagers de la voie franchie. Cependant, ces dfauts relvent en gnral d'une mauvaise conception et ne sont donc pas de nature mettre en cause l'avantage de ces types d'ouvrages.
-13-
2 - CONCEPTION GENERALE
Les ponts-cadres et portiques sont des ouvrages simples. Leur conception doit nanmoins tre guide par certaines rgles minimales, tant sur le plan technique que sur celui de l'esthtique. Comme pour tout ouvrage d'art, la conception s'effectue gnralement en allant des grandes lignes vers le dtail, par tapes et affinements successifs. En d'autres termes, la conception gnrale (implantation des pidroits, rapport largeur/hauteur de l'ouverture, choix du type de murs de tte ainsi que l'implantation de ces derniers, proportion entre le vide, c'est--dire l'ouverture, et les parements vus) doit prcder la conception de dtail (quipements, corniches, cannelures...). Il importe de le souligner, car des dmarches inverses cette rgle de bon sens et les erreurs de conception qui en rsultent sont frquentes, particulirement en matire de recherche esthtique. Il ne faut videmment pas en conclure qu'il faille ngliger des lments apparemment peu importants pour l'ouvrage tels que, par exemple, les dispositifs de retenue ou les corniches. En effet, le choix d'un dispositif de retenue conditionne la largeur du tablier et entrane une modification importante de l'aspect de la face vue. Il en va de mme pour les corniches, dans la mesure o celles-ci concourent modifier la face vue du tablier et marquer ainsi le profil longitudinal de l'ouvrage. 2.1 - IMPLANTATION DES APPUIS ET CHOIX DU TYPE D'OUVRAGE L'implantation des appuis, c'est--dire les pidroits dans le cas des ponts-cadres et portiques, constitue une tape importante dans la conception gnrale de ces ouvrages, puisque le choix du type d'ouvrage ainsi que l'aspect gnral de ce dernier en dpendent pour une large part. Cette implantation s'effectue selon les cas partir : - Du gabarit respecter, tant dans le sens de la largeur que dans le sens de la hauteur, qui exige de prendre en compte toutes les contraintes gomtriques des voies, c'est--dire non seulement pente et devers de la voie porte et de la voie franchie et ventuellement courbure en plan et en lvation (cas des passages souterrains notamment), mais aussi et surtout largeur de la voie franchie (largeur roulable, accotements, passages de service...). L'objectif est de mnager le gabarit ncessaire, tout en donnant une bonne visibilit aux usagers de la voie franchie, surtout lorsque celle-ci est en courbe, et en prservant toute transformation ou largissement ultrieur de cette voie. - Des donnes hydrologiques du cours d'eau franchi, l'objectif tant de rserver une section mouille et une revanche suffisantes. Cette dernire est en particulier indispensable lorsque le cours d'eau est susceptible de charrier des corps solides tels que troncs d'arbres, glaces, etc. - De la proximit de la plate-forme de la voie franchie lorsque celle-ci reste en exploitation pendant les travaux (voie ferre notamment), dont il convient d'assurer la stabilit, notamment pendant l'excution des fondations. Naturellement, cette contrainte est prendre en compte dans l'implantation des pidroits, mais aussi dans le choix du type de fondations ainsi que dans celui du mode de construction. - De la possibilit d'implanter un appui central sur la plate-forme franchie, ce qui peut conduire des solutions double ouverture. L'implantation des appuis permet de dterminer l'ouverture, simple ou double qui, jointe la qualit du sol de fondation, constituent les principaux facteurs de choix du type d'ouvrage, savoir pont-cadre ou portique, simple ou double ouverture, ou, le cas chant, un autre type de structure.
-14Le choix du type d'ouvrage, s'effectue quant lui dans les conditions suivantes : - Les ponts-cadres et portiques sont des ouvrages qui conviennent des portes (ou ouvertures) maximales biaises de l'ordre d'une vingtaine de mtres ; - Lorsque l'ouverture biaise dpasse environ douze mtres, le pont-cadre n'est pas envisageable, en raison du cot relativement lev du radier. - Si le sol de fondation est de bonne qualit, c'est--dire admet, sans tassement notable, des pressions suprieures 300 icPa, et peu sensible l'eau, le portique s'impose lorsque l'ouverture biaise avoisine huit mtres. - Un sol de fondation de qualit moyenne demande un radier jusqu' une douzaine de mtres d'ouverture et un portique sur pieux pour des ouvertures suprieures.Ces conditions peuvent tre rsumes par le tableau suivant :
Porte biaise Mauvais sol Bon sol
2
8
FIGURE 34
-29Lorsque l'on s'approche de l'ouvrage, cette perception globale s'estompe, pour cder la place la perception des dtails (aspect des parements, formes dtailles des murs, goussets, corniches, etc.).
2.8.1 - Implantation des murs de tte - Amnagement des talusL'importance que l'on doit accorder une bonne disposition de ces murs est illustre par les exemples des figures 32, 33 et 34. - Sur la figure 32, le choix de murs, qui ne sont vraiment ni en aile, ni en retour, donne une forme disgracieuse l'ensemble de l'ouvrage. - La figure 33 fait apparatre, par une mauvaise implantation des murs, un dsquilibre entre leurs surfaces vues. Le fruit des murs et les artes obliques accentuent le manque d'unit de l'ensemble. - Sur la figure 34, la hauteur du retour des murs en aile alourdit inutilement l'ouvrage. a) Murs en aile Dans la plupart des cas, les murs en aile semblent les mieux adapts. Par leur forme vue (un triangle rectangle reposant sur le petit ou le grand ct) ils assoient l'ouvrage et, par leur implantation en vasement, ils assurent une transition entre les plates-formes de la voie franchie hors et sous ouvrage et incitent l'usager s'y engager. Comme il sera vu ci-aprs, ces murs sont en outre particulirement recommands dans le cas d'ouvrages trs biais. Ils prsentent par ailleurs le double avantage d'tre conomiques et de ne pas poser de problmes dlicats de stabilit. Sauf cas particuliers, il semble souhaitable que leur implantation satisfasse les rgles suivantes : - quilibrer l'ouvrage par l'galit des surfaces vues, quel que soit le biais ; - proportionner leur surface vue l'ouverture de l'ouvrage. Ces conditions amnent considrer des angles d'ouverture a et { diffrents pour chacun des 3 deux murs et variables suivant l'ouverture et le biais de l'ouvrage (figures 35 et 36).
FIGURE 35 : Egalit des surfaces vues des murs quelque soit le biais
-30
Elles peuvent tre quantifies par les formules suivantes (extraites du document GUEST du SETRA sur l'esthtique des ouvrages courants) :a = 1 5 + 0,03.L^ ; p = 0,008.(9+25).a
dans lesquelles L est l'ouverture droite et 9 l'angle du biais, les units sont le mtre et le grade. On notera que les valeurs minimales de a et de P sont :a =15 ; p = 0,12.(9+25)
Le fait qu'aucun des angles a et P ne s'annule reflte la condition qu'il n'est jamais souhaitable de disposer un mur en aile paralllement l'axe de la voie franchie.nrFF^nrnmm
4
A1
>
L1
L2
A2
FIGURE 36 : Proportionnalit entre les surfaces vues et l'ouverture
Ces rgles, qui dpendent de l'angle de biais du franchissement (p et de l'ouverture droite L, conduisent des rsultats acceptables dans tous les cas, condition que l'ouverture et la hauteur du tirant d'air soit en bonne proportion (Cf. paragraphe 2.1). Dans le cas d'un pont-cadre double ou un portique double, on peut galement suivre les mmes rgles, en prenant pour L une valeur comprise entre D et 1,3.D, o D dsigne la longueur d'une trave. b) Murs en retour Contrairement au cas des murs en aile, l'implantation des murs en retour, lorsque leur emploi est justifi, pose moins de problmes, leur positionnement tant dfini par la gomtrie de la voie porte. Nanmoins, dans le cas d'un franchissement biais, il convient de se proccuper de la gomtrie des talus, par un remodelage de ceux-ci. La figure 37 montre que la solution consistant amnager deux quarts de cne de mme pente conduit des longueurs de murs ingales (ici A > B). C'est pourquoi, il y a lieu de donner aux talus la mme pente p' = p.sin 9 le long des murs, de faon quilibrer les parties vues A et B. De ce fait, le quart de cne de droite comporte une pente variable de p p'.pente p penta p'
FIGURE 37 : Amnagement des talus
31
2.8.2 - Corniches et goussetsa) Corniches Les corniches et, dans une moindre mesure, les goussets, tiennent galement une part importante dans l'aspect de l'ouvrage. La section transversale tant rectangulaire, on devra dterminer l'paisseur vue de la dalle et choisir le profil de la joue. Classiquement, la hauteur de la corniche prend des valeurs proches de celles indiques ci-dessous en fonction de l'paisseur de la traverse (figure 38). Ouverture 10 15 20 paisseur utile 0,35 0,42 0,45 0,55 0,60 0,80 paisseur totale vue e^ + 0,20 0,55 0,62 0,65 0,75 0,80 1,00 hauteur corniche h 0,35 0,45 0,45
FIGURE 38
0,20
La joue et la corniche peuvent tre verticales ou inclines, ce qui permet d'envisager quatre associations (figure 39) : joue joue joue joue verticale et corniche verticale (I), verticale et corniche incline (II), incline et corniche verticale (III), incline et corniche incline (IV).
FIGURE 39
La solution I, la plus simple, est celle qui est gnralement retenue. A l'usage, il semble nanmoins que l'association entre joue incline (1/2 par rapport la verticale) et corniche verticale (forme III) soit la plus harmonieuse. Les corniches peuvent tre coules en place ou ralises en lments prfabriqus. Dans les deux cas, leur forme, leur teinte et leur aspect doivent faire l'objet d'une recherche esthtique, tout en restant sobres et compatibles avec la rusticit de l'ouvrage dans son ensemble. Il convient par ailleurs de rechercher des dispositions limitant le dpt de salissures. Dans ce but, il est conseill de : - Prvoir des formes et surfaces facilitant un auto-lavage. En particulier, on peut tre amen transformer lgrement la forme (IV) pour obtenir une corniche du type reprsent la figure 40, dont la face extrieure possde une pente favorable l'vacuation des eaux de ruissellement tout en permettant de souligner la continuit de l'ouvrage par un effet de contraste entre la corniche et la joue de la dalle. - Pour les corniches cannelures, prfrer des cannelures dominante verticale qui limitent l'accrochage des salissures et dissimulent mieux des traces ventuelles.
32
FIGURE 40 : p, et Pz permettent une vacuation des eaux de ruissellement vers les fils d'eau, - p,:4% (dessus de corniches) - Pz: 1,5 2% (dessus de trottoirs)
Les figures 41 et 42 donnent, titre indicatif, des modles de corniches prfabriques paraissant bien adapts aux critres mentionns.
FIGURE 41 : Corniche prfabrique (dessin de principe)
goutte d'eau en cas de corniches prfabriques
FIGURE 42 : Corniche prfabrique
33 b) Goussets Comme il a t dit au paragraphe 1.1, les goussets sont destins amliorer l'encastrement entre les pidroits et les traverses. Leurs dimensions doivent tre choisies pour former une proportion harmonieuse avec l'ouverture, sans toutefois descendre en-dessous des dimensions prconises au paragraphe 3.2.2. D'un point de vue purement esthtique, les dimensions suivantes, donnes en fonction de l'ouverture, conviennent dans la plupart des cas : - infrieure 3 m : - entre 3 et 5 m : - suprieure 5 m : En ce qui concerne leur aspect, on pourra adopter prs des bords libres l'une des dispositions prsentes sur la figure 43. Le choix entre ces diverses dispositions est fonction du souhait de mettre en vidence ou non le rle mcanique des goussets dans l'ouvrage, ainsi que, comme pour les corniches, de la recherche d'effets de relief plus ou moins complexes. Il est noter que, pour les ouvrages deux traves, il n'est en gnral pas souhaitable, d'un point de vue esthtique, de prvoir des goussets sur l'appui central. 0,20 X 0,20, 0,30 X 0,60, 0,30 X 0,90.
FIGURE 43 : Diffrentes formes de goussets prs des bords libres
-342.8.3 - ParementsLa qualit des parements constitue un facteur important dans l'esthtique des cadres et portiques, dont les surfaces vues (pidroits et murs de tte) occupent une part dominante.
FIGURE 44: Murs en aile prfabriqus avec parement architectural (cannelures)
FIGURE 45 : Pidroits couls en place avec parement architectural (matrice spciale)
La qualit des parements en bton, de loin les plus rpandus, est bien sr fonction de la teinte et de l'aspect du bton, mais surtout de la rgularit de ceux-ci, la fois dans l'espace et dans le temps. A cet effet, il convient non seulement de veiller la qualit du bton, des coffrages, et de la mise en oeuvre, mais galement de concevoir l'assainissement de l'ouvrage, ainsi que les formes de certains lments sensibles tels que les corniches (Cf. 2.8.2), de telle sorte que les eaux de ruissellement ou les eaux d'infiltration ne viennent pas tacher les faces vues. Malgr ces prcautions, l'aspect des ouvrages comportant des parements lisses, bruts de dcoffrage, est souvent dcevant, surtout s'ils sont situs en zone urbaine ou pri-urbaine. De ce fait, on est frquemment amen jouer sur la nature, la texture, la couleur, ou le relief du parement pour en amliorer l'aspect. Plusieurs moyens sont envisageables : - incorporer des motifs dans les coffrages en gardant l'aspect naturel du bton brut de dcoffrage ; - rechercher un effet de "grain" en traitant mcaniquement la surface du bton ; - rechercher un effet de "teinte" par un choix judicieux des granulats ou du ciment, ou encore par l'incorporation de pigments dans la masse du bton ; - avoir recours une peinture ; - recouvrir tout ou partie des surfaces vues de matriaux rapports (pierres, briques, faences, mosaques, panneaux prfabriqus, etc.).
-SSII est noter que, dans beaucoup de cas, le recours la prfabrication peut tre intressant, d'une part par une latitude de choix plus large et d'autre part par une meilleure qualit et rgularit de l'excution. Compte tenu des innombrables possibilits dans l'emploi de matriaux rapports, on se contentera de donner ci-aprs quelques prcisions sur les autres solutions, une grande varit d'aspect tant envisageable selon la nature des coffrages, le choix des liants et des granulats, ainsi que les traitements de surface. a) Parements de bton brut de dcoffrage L'amlioration constante de la qualit des btons et l'utilisation de coffrages de plus en plus soigns permettent d'obtenir des parements de bton brut de dcoffrage de trs bonne qualit, qu'il est possible d'animer par le jeu des coffrages, sachant nanmoins que cela ncessite une tude plus pousse des plans de coffrage et certaines prcautions l'excution. L'aspect de ces parements peut ainsi varier par la nature du relief, ce qui permet d'obtenir une grande richesse d'effets sans surcot important. Ainsi, par exemple, les cannelures (de prfrence verticales), trs utilises, prsentent, outre l'esthdque, les avantages pratiques suivants : - rendre moins videntes les irrgularits d'uni de surface et de teinte dues aux reprises de btonnage, - dissimuler les joints, - ventuellement, localiser les fissures de retrait. Ces cannelures sont traiter avec soin et doivent prsenter un certain caractre de fermet ; leurs dimensions prcises sont bien sr dterminer dans chaque cas particulier. b) Parements de bton trait mcaniquement en surface La teinte est essentiellement tributaire des granulats employs, alors que le relief dpend de la nature des traitements. Les granulats jouent donc un rle fondamental, et il convient de les mettre en valeur en les choisissant avec soin et en les faisant apparatre par un traitement appropri (ponage, sablage, bouchardage, dsactivage, etc.). La figure 46 montre la grande varit d'aspect qu'il et possible d'obtenir en jouant la fois sur la nature du granulat et sur le traitement de surface. c) Parements de bton teint dans la masse Il est possible d'obtenir une teinte du bton diffrente du gris usuel, diffrents moyens tant utilisables cette fin. Si l'on recherche une surface lisse et trs claire, on emploiera du ciment blanc ; la teinte obtenue dpend nanmoins du sable utilis (par exemple, le sable de Loire donne au bton un ton moins chaud que le sable de Seine). Les btons de ciment blanc tant sujets des retraits importants, il n'est possible de les udliser que pour des parties d'ouvrage que l'on dsire mettre en valeur et pour lesquelles cet inconvnient est de peu d'importance ; par ailleurs, ils demandent tre protgs des salissures dues aux eaux de ruissellement, qui y laissent des tranes blanches cernes de noir. Dans le mme but, on peut galement utiliser des btons de ciment CLK, moins clairs qu'un bton base de ciment blanc, mais d'un cot nettement infrieur. Il est toutefois noter que les btons au CLK ont une prise et une monte en rsistance plus lentes que les btons ordinaires ( base de ciments PORTLAND), et requirent donc un dlai de dcoffrage plus long ; en outre, comme les ciments blancs, ils donnent des btons sujets des retraits importants. Si l'on recherche une teinte plus ou moins accentue, on peut soit ajouter un pigment color au ciment, soit jouer sur la teinte des granulats, que l'on aura choisis en foncdon de l'effet recherch, soit encore combiner les deux procds (adjonction de pigments et choix des granulats). Dans le cas d'un parement brut de dcoffrage, on se contentera d'ajouter un pigment ; dans le cas d'un parement trait mcaniquement en surface, on pourra jouer sur le choix des granulats, ou ajouter un pigment, ou combiner les deux.
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1) 4) 7)
ciment gris, gravillons lavs. Ciment blanc, agrgats courants, surface lave. Ciment blanc, sables concasss, bton dsactiv.
2) 5) 8)
Ciment gris, gravillons rouls, bton dsactiv. Ciment blanc, brique pile, bton dsactiv. Ciment teint dans la masse.
3) 6) 9)
Ciment teint dans la masse, porphyre vert, bton sabl. Ciment gris, marbres concasss, bton dsactiv. Ciment blanc, quartz blanc et porphyre vert, bton poli
FIGURE 46 : Traitements de surface du bton (Photos Ebal)
d) Parements peints Le recours la peinture constitue souvent un palliatif pour masquer des dfauts d'excution tels que taches et ingalits de teinte (il est videmment hors de question de faire disparatre les ingalits et asprits de surface). Ce procd peut toutefois tre utilis comme une solution architecturale part entire lorsqu'un effet dcoratif est recherch par le jeu des couleurs. Celles-ci doivent cependant rester discrtes, en nombre limit, et choisies en fonction de l'environnement. Comme certaines peintures changent de ton au cours du temps (le blanc notamment tend jaunir), il est recommand de procder des essais sur panneaux de grandes dimensions deux mois au moins avant l'excution. L'application de la peinture doit tre prcde d'un brossage nergique et d'un lessivage alcalin qui ne soit pas de nature attaquer ultrieurement la peinture ; en outre, certaines peintures ne doivent pas tre appliques par temps humide.
37 2.8.4 - Autres dispositions de dtaila) Continuit de la corniche Il est souhaitable de ne pas retourner la corniche en forme de rampant sur la partie suprieure du mur en aile, mais de la prolonger au-del des pidroits, de faon souligner sa continuit sur tout l'ouvrage (figure 47). Cette disposition ncessite de prvoir une amorce de mur en console (ou corbeau) destine supporter le prolongement de la corniche. Elle facilite par ailleurs une sparation nette entre la corniche et le haut du mur en aile, a mnager en forme de revanche, de faon respecter la gomtrie des talus (figure 48).
FIGURE 47: Continuit de la corniche au-del des pidroits
X
FIGURE 48: Revanche en tte des murs en aile
b) Jonction entre les pidroits et les murs en aile Certaines ralisations comportent un fruit trop important par rapport la verticale dans la jonction entre le pidroit et le mur en aile, qui ncessite un double joint en forme de V, dfavorable l'esthtique et d'ailleurs difficile bien raliser (figure 49). Cette disposition est donc en gnral viter, surtout dans la mesure o il est plus simple et plus esthtique de raliser une jonction verticale ou quasi verticale (Cf. 3.6.1) entre les murs en aile et les pidroits, telle qu'on peut la voir sur la figure 50.
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-38
FIGURE 49 : Jonction en V entre pidroit et mur en aile. Disposition inesthtique viter.
FIGURE 50 : Jonction franche et verticale entre pidroit et mur en aile
c) Couronnement des murs en aile Dans le cas de murs couls en place, les rampants, vestiges de la construction en maonnerie, ne sont pas indispensables et peuvent donc tre supprims. En revanche, dans le cas de murs prfabriqus, l'assemblage des lments peut tre facilit par un chanage en tte. Un tel couronnement peut du reste corriger un dfaut ventuel d'alignement des lments leur parde suprieure. Dans tous les cas, le chant suprieur des murs doit tre lgrement inclin vers le talus de manire faciliter l'coulement des eaux pluviales. d) Aspect uniforme des parements vus Lorsque l'on dsire renforcer l'impression de monolithisme donne par l'ouvrage, il est prfrable de recourir un choix homogne et uniforme de l'aspect des surfaces vues que constituent les pidroits et les murs de tte. e) Effet d'ombre Pour les ouvrages de petite ouverture, le tablier est de faible paisseur et se trouve en bonne proportion avec le tirant d'air. En revanche, partir d'une certaine ouverture, le tablier devient plus pais et se trouve de ce fait en proportion moins harmonieuse avec le tirant d'air. Dans ce cas, il peut tre intressant de rduire la hauteur vue du tablier par la recherche d'un effet d'ombre, en prvoyant des encorbellements latraux. Afin de soulager ces encorbellements vis--vis des efforts d'encastrement sur les pidroits, il est prfrable de dsolidariser ces deux lments au moyen d'un joint sec mnager entre le dessous des encorbellements et la tte des pidroits (figure 51). Pour viter toute infiltration d'eau, il est indispensable d'quiper ce joint d'un profil tanche.
-39encorbellement
FIGURE 51 : Joint de sparation encorbellementpidroit
2.9 - FONDATIONS Comme il a t dit, la nature du sol de fondation constitue un facteur majeur dans le choix entre un pont-cadre et un portique, voire un autre type d'ouvrage. Ce choix tant fix, la qualit du sol sous-jacent permet en outre d'tudier de faon prcise les condirions de fondation de l'ouvrage (purge et substitution, pieux, etc.), ainsi que son comportement (tassements). Pour une bonne comprhension, signalons que, dans la suite de ce paragraphe, les pressions admissibles sont donnes vis--vis des tats-limites de service rares. a) Cas des cadres De construction rustique et chargeant peu le sol (100 150 kPa), le pont-cadre n'est pas trs sensible aux tassements de la fondation. Ces derniers peuvent nanmoins entraner des dgradations importantes et inacceptables (telles qu'paufrures, fissures et mme cassures) dans les joints entre cadre et masque et entre cadre et murs : on veillera donc la libre ouverture de ces joints et on vitera les contacts par artes. Le niveau de fondation du radier sera choisi en fonction du sol et en particulier l'issue d'une tude des tassements, tant entendu que des tassements probables de l'ordre de 10 cm sont tout--fait admissibles sous rserve d'une bonne ouverture des joints. En prsence de sols de mauvaise qualit, lorsque le sol incrimin rgne sur une faible paisseur, une purge de ce terrain et son remplacement par un remblai de bonne qualit bien compact constitue souvent la solution la plus conomique.
r\^o m^ \FIGURE 52: Pont-cadre avec murs en aile fonds sur semelles
b) Cas des portiques Rappelons que le portique, hyperstatique, mais peu apte une redistribution des efforts, est sensible aux dplacements verticaux ou horizontaux ou aux rotations de ses appuis ; ses fondations doivent donc tre trs sres et, notamment, exemptes de tassements importants.
-40Adapter l'ouvrage au sol consiste d'abord choisir le mode de fondation pour dterminer si on peut fonder l'ouvrage sur semelles superficielles ou si l'on doit le fonder sur pieux. Une fondation superficielle est possible sur de bons sols prsentant une pression admissible suprieure 300 kPa (ventuellement moins), sans tassement notable et des profondeurs modres. Il est noter que, pour les sols de trs bonne qualit, il n'est pas toujours intressant de faire travailler le sol au maximum autoris par les conditions de portance. En effet, on constate que, si le gain sur la dimension des semelles est trs important lorsque l'on passe d'un taux de travail de 2(X) 300 kPa, il devient ensuite minime. De plus un taux de travail trop lev (et par consquent des semelles rduites) fait courir un risque de soulvement. C'est pourquoi il vaut mieux dimensionner les semelles de faon lgrement surabondante et ne pas dpasser, mme si cela est possible, une contrainte de l'ordre de 350 kPa (cette contrainte tant choisir d'autant plus basse que l'ouvrage est plus haut et plus court). Par ailleurs, on adoptera pour les semelles une paisseur de 60 cm, sauf si le pidroit a une paisseur suprieure, auquel cas on retiendra cette dernire. Si une fondation superficielle n'est pas ralisable, on peut envisager une fondation sur pieux. Compte tenu du cot lev des fondations profondes, il y a lieu cependant de s'assurer que d'autres structures ne deviennent pas alors plus conomiques. Ce sera habituellement le cas si l'on est amen prvoir galement des fondations profondes pour les murs de tte. Deux conceptions de fondations sur pieux sont gnralement utilises : - fondation sur une ou deux files de pieux verticaux (gnralement fors) encastrs dans la semelle et travaillant en flexion compose : - fondation sur deux files convergentes de pieux battus de petit diamtre (conception peu courante) ; dans ce cas, le point de convergence est gnralement fix la base du pidroit. Le choix entre ces deux solutions est guid par la comparaison de leurs cots et par la nature et les qualits des terrains traverss. Il convient en particulier : - comme il at dit en 1.2, d'tudier soigneusement l'effet du tassement et du fluage horizontal des sols situs sous les remblais adjacents, tant sur l'ouvrage que sur les pieux ; - pour les fondations sur pieux battus, de s'assurer de l'absence de blocs ou de formations intercalaires rendant impossible la pntration. Une fondation constitue de barrettes moules dans le sol peut aussi tre envisage. Dans ce cas, il est ncessaire d'en estimer le cot de faon raliste, compte tenu, en gnral, de leur faible nombre, et d'apprcier les problmes lis l'excution. 2.10 - ELARGISSEMENT DES OUVRAGES Comme il a t vu en 2.2, la possibilit ou non d'un largissement ultrieur de l'une des plates-formes (voie porte ou voie franchie), est un facteur prendre en considration ds le stade de la conception d'un ouvrage. Bien qu'il n'existe pas de solution adaptable tous les cas de figure, il est possible d'numrer quelques cas couramment rencontrs : a) Ouvrages neufs Lorsque l'largissement envisag pour la voie porte ou la voie franchie est modr (par exemple deux fois deux voies transformer en deux fois trois voies), la solution la mieux adapte, compte tenu des difficults d'intervention ultrieure, consiste gnralement construire l'ouvrage dans sa configuration dfinitive, mme si l'largissement n'est pas certain. En revanche, lorsque la plate-forme de la voie porte est doubler, il est souvent prfrable de ne construire qu'un demi-ouvrage, mme si l'largissement est certain. En effet, moyennant certaines prcautions minimales, il n'est gnralement pas trs contraignant de doubler un ouvrage existant, alors qu'une construction de l'ensemble de l'ouvrage alourdit inutilement l'investissement initial et pose dans la plupart des cas des problmes d'insertion dans le site, car il n'est gure envisageable de laisser dpasser un demi-ouvrage du remblai contigu.
41 Pour faciliter les travaux du doublement futur, il est toutefois prfrable ds la premire phase : - de prvoir des murs de tte dmontables du ct de l'largissement (terre arme, etc.), - de raliser les fondations du deuxime demi-ouvrage, surtout si elles sont sur pieux. Lorsque l'largissement possible porte sur la plate-forme de la voie franchie, deux cas sont considrer : - Si l'largissement est certain, la meilleure solution consiste gnralement raliser ds la premire phase l'ouvrage dans sa configuration dfinitive, comme il a t dit au paragraphe 2.2, quitte en masquer la partie non fonctionnelle en premire phase. - Dans le cas contraire, aucune solution toute faite ne peut tre propose. Lorsque ni l'opportunit ni la date de l'largissement ne sont fixes, il parat prfrable de ne rien prvoir. En revanche, si l'largissement est probable, mais seulement dans un avenir lointain, dont on n'est pas matre au stade de la conception, il peut tre judicieux de prendre un certain nombre de prcautions destines faciliter les travaux ultrieurs. Ces prcautions peuvent concerner aussi bien les fondations et les murs de tte (comme lors d'un doublement de la voie porte) que la conception de l'ouvrage. A titre indicatif, la figure 53 montre la conception d'un portique largissable. Ses principales particularits sont les suivantes : Le pidroit central sert d'appui la partie construite en deuxime phase, moyennant un corbeau prvu cet effet, et supportant une dalle de transition en premire phase. L'ouvrage est conu pour supporter les pousses des terres dissymtriques intervenant en deuxime phase. Les nervures verticales prvues dans le pidroit central masquent le corbeau et les descentes d'eaux pluviales. Les goussets sont disposs en retrait par rapport aux bords libres, de sorte tre peu perceptibles en vision frontale, et conserver ainsi une certaine symtrie dans la perception globale de l'ouvrage dfinitif.
Partie construite en deuxime phase
I,, descente
eaux
gousset
corbeau
1/2 coupe A - A
DETAIL
FIGURE 53 : Portique largissable
-42b) Ouvrages existants La premire dmarche consiste videmment s'assurer qu'il n'est pas possible d'effectuer des transformations simples du profil en travers (rduction de la largeur des voies ou des bandes drases, dplacement, modification, voire suppression de certains quipements,...). Dans la ngative, il est ncessaire de construire soit un ouvrage soit des parties d'ouvrage juxtaposs l'ouvrage existant : - Elargissement de la voie porte. Lorsque la voie porte est doubler, il est en gnral relativement simple de construire un deuxime ouvrage ct de l'ouvrage existant. En gnral, pour des raisons esthtiques, on s'efforcera de construire un ouvrage d'apparence identique au premier. La principale contrainte dans ces cas tant le plus souvent de maintenir la circulation sur la voie franchie, le recours un pont-cadre est exclu, un portique ne pouvant quant lui tre envisag que lorsqu'une limitation du gabarit est admissible en phase de construction. Pour des largissements modrs, on peut avoir recours un portique ou une dalle contigus, dont le tablier peut tre selon les cas spar ou solidaire de celui de l'ouvrage existant. Dans le cas de tabliers solidaires, la liaison est effectue en scellant des armatures dans le tablier existant. Le liaisonnementde celles-ci avec la partie construire peut s'effectuer par manchonnage ou par recouvrement. Pour des largissements trs modrs, des consoles scelles sur les rives de l'ouvrage existant de la manire dcrite ci-dessus peuvent parfois constituer une solution acceptable. - Elargissement de la voie franchie. Il s'agit du cas le plus dlicat, sur lequel il est impossible de donner des indications gnrales a priori. Seule une tude au cas par cas peut permettre de dgager les solutions les mieux appropries.
43
3 - CONCEPTION DETAILLEE
A partir des caractristiques globales de l'ouvrage, dfinies dans leur ensemble par la conception gnrale, il est ncessaire d'affiner la conception de dtail de chacune des parties que constituent le tablier, ventuellement le radier, les pidroits, les goussets, ainsi que les fondations retenues. Cette conception dtaille concerne les matriaux constitutifs, le dimensionnement gomtrique et le ferraillage. Elle est essentiellement base sur les rgles de l'art spcifiques ce type d'ouvrage. 3.1 - MATERIAUX UTILISES 3.1.1 - Bton Pour un ouvrage normalement dimensionn, c'est--dire selon les conditions indiques dans les annexes 1 et 2, il est possible de prvoir un bton de classe B25 (rsistance caractristique fc28 suprieure ou gale 25 MPa), une classe infrieure ne pouvant gnralement pas garantir une durabilit satisfaisante l'ouvrage en raison, notamment, d'une compacit insuffisante. Lorsque l'ouvrage est plus lanc, il est ncessaire de recourir un bton de classe suprieure sans toutefois dpasser, en ce qui concerne les caractristiques de calcul, celles qui correspondent un bton de classe B30. En effet, au-del des caractristiques correspondant cette classe de rsistance, on risque d'aboutir des paisseurs trop faibles entranant des dformations excessives, ou des armatures trop denses et de gros diamtre, peu favorables la limitation de l'ouverture des fissures. Il est possible, pour augmenter la durabilit des ouvrages dans le cas d'environnements agressifs (sels de dverglaage notamment), d'utiliser des btons hautes performances, trs compacts, et pouvant tre obtenus l'heure actuelle des prix comptitifs. Cependant, comme indiqu ci-dessus, on limitera les performances de calcul de ces btons celles d'un bton de classe B30, sous peine d'aboutir des ouvrages trop dformables et comportant un ratio d'armatures trop lev. Le choix d'une classe de rsistance du bton doit tre complt, en particulier, par l'tude du retrait, ce type d'ouvrage tant sensible au retrait diffrentiel des btons intervenant dans les diffrentes phases (semelles, pidroits, tablier). Il faut donc s'orienter vers une composition, une fabrication et des conditions de mise en oeuvre visant obtenir un retrait aussi faible que possible. En particulier, la cure du bton doit tre soigne, du fait de sa grande influence sur ce phnomne. Lorsque, pour des raisons esthtiques, on utilise un ciment blanc ou un ciment CLK, qui donnent des btons plus clairs, mais qui prsentent des retraits plus importants (Cf. 2.8.3,c), il y a lieu de bien dfinir les prcautions particulires respecter pour viter tout dsordre par fissuration ou faenage. Rappelons que, de manire gnrale pour les ouvrages d'art, la confection, la mise en oeuvre et le contrle des btons sont rglements par le fascicule 65 du Cahier des Clauses Techniques Gnrales applicables aux marchs publics de travaux. 3.1.2 - Aciers pour bton arm Les aciers utiliss sont des aciers haute adhrence, dsigns par le symbole H.A., de la classe Fe E 400 ou Fe E 500, de limites d'lasticit respectives de 400 et 500 MPa. Il est possible d'utiliser de l'acier doux , de nuance Fe E 240 par exemple, mais cet usage doit tre limit aux rares aciers pour lesquels des pliages et dpliages sont invitables, l'acier doux tant d'un cot comparable celui de l'acier HA, tout en prsentant une rsistance nettement plus faible.
44Dans le choix des aciers, il y a lieu de respecter en France les normes suivantes : - NF A 35-019 "Armatures pour bton arm - fils haute adhrence", - NF A 35-015 "Ronds lisses pour bton arm". L'emploi de treillis souds est en principe envisageable, mais il n'est pas indiqu en pratique en raison des sujtions lies au recouvrement des armatures dans les jonctions entre les traverses et les pidroits.
3.2 - DIMENSIONNEMENT GEOMETRIQUE 3.2.1 - Traverses et pidroitsA titre d'ordre de grandeur, on peut dire que le rapport entre l'paisseur des traverses (radier et tablier) et l'ouverture est de l'ordre de 1/20 1/25 dans les cas courants. La dtermination fine des paisseurs des traverses et des pidroits peut tre effectue l'aide des abaques prsents dans les annexes 1 (ponts-cadres) et 2 (portiques). Ces abaques ont t tablis pour des ouvrages droits, sans charge de remblai, et uniquement soumis aux charges d'exploitation routires sans caractre particulier. Le bton est suppos tre de classe B25. Dans les cas d'ouvrages sous remblai, d'ouvrages biais, ou d'ouvrages admettant des charges d'exploitation particulires (convois exceptionnels par exemple), ces paisseurs sont corriger suivant les indications donnes par ces mmes abaques.
3.2.2 - GoussetsComme il a t dit aux paragraphes 1.1 et 2.8.2, les goussets sont destins amliorer l'encastrement des traverses sur les pidroits, rsorber les concentrations de contraintes et attnuer les effets des pics de moments. Ils amliorent de plus l'esthtique des ouvrages en rendant plus perceptible leur fonctionnement, surtout pour les portes importantes. On peut formuler les mmes remarques pour les goussets infrieurs des ponts-cadres. Nanmoins, s'agissant de parties caches, il est avantageux de prvoir un mplat leur partie suprieure pour servir d'appui aux coffrages des pidroits. D'un point de vue mcanique, les dimensions minimales donnes par le tableau suivant sont fortement conseilles sachant, qu'en pratique, il est gnralement prfrable que la longueur soit suprieure la hauteur) : Ouverture 4 m gousset suprieur 0,20 X 0,20 ou chanfrein 0,20 X 0,20 0,30 x 0,30 0,30 X 0,30 0,40 x 0,40 gousset infrieur (cadres) 0,20 X 0,20 ou chanfrein 0,20 x 0.20 0,40 X 0,40 0,40x0,40 0,50x0,50
Lorsque, pour une raison imprieuse (problme li au gabarit par exemple), des goussets ne peuvent tre prvus, il sera ncessaire d'paissir les traverses et les pidroits.
3.2.3 - Murs de tteLe prdimensionnement des murs de tte dpend videmment de la nature de ceux-ci. L'annexe 3 fournit les abaques ncessaires au dimensionnement des murs de tte couls en place, qui demeurent le plus couramment employs.
3.2.4 - Ouvrages prfabriqusEn premire approximation, il est possible d'adopter le mme dimensionnement gomtrique pour les ouvrages prfabriqus que pour les ouvrages couls en place. Il convient toutefois de s'assurer que les phases de prfabrication, de transport, de manutention et d'assemblage ne sont pas plus dfavorables que les conditions de service. Les autres particularits concernant ce type d'ouvrage et, notamment, leur ferraillage, sont traites au paragraphe 3.5.
45 3.3 - OUVRAGES DE GRANDE LARGEUR On dsigne par "largeur" la largeur biaise de l'ouvrage, c'est--dire la longueur du "tube" que constitue le cadre ou le portique. Cette largeur est souvent voisine de la largeur de la voie porte, mais elle peut aussi tre sensiblement plus grande pour un ouvrage biais ou pour un ouvrage sous remblai. On peut ainsi atteindre couramment une soixantaine de mtres dans le cas d'une plate-forme autoroutire. De faon gnrale, les cadres et portiques de grande largeur (c'est--dire dpassant une vingtaine de mtres) sont des structures trs sensibles aux dformations imposes, dont il convient donc de limiter les effets au maximum. Ces dformations imposes peuvent provenir : - de tassements diffrentiels du sol de fondation, - de dilatations thermiques ingales entre les parties enterres et le tablier (ce phnomne tant moins sensible dans le cas d'ouvrages sous remblai), - du retrait diffrentiel entre le radier et les pidroits, ainsi qu'entre les pidroits et le tablier, en raison de l'chelonnement dans le temps du btonnage de ces divers lments. Ces deux dernires causes se traduisent en gnral par une fissuration des pidroits et du tablier perpendiculaire l'axe du tube, contre laquelle il est possible de lutter par : - un schma constructif appropri (btonnage par plots par exemple), en ce qui concerne les effets du retrait, - un renforcement du ferraillage horizontal des pidroits et du tablier (Cf. 3.4), sachant que ce renforcement augmente trs vite avec la largeur de l'ouvrage. L'effet des tassements diffrentiels ne peut quant lui tre efficacement combattu que par un trononnement de l'ouvrage en parties spares par des joints, chaque partie tant limite une vingtaine ou une quinzaine de mtres, voire moins, suivant l'amplitude des tassements attendus. Il va de soi qu'il convient paralllement de limiter ces tassements une valeur permettant un bon fonctionnement global de l'ouvrage, soit par un traitement pralable de l'assise (purge, prchargement, colonnes ballastes, etc.), soit, en cas d'impossibilit, en ayant recours des fondations profondes. Dans la mesure o le trononnement constitue galement une excellente solution envers les effets du retrait et de la temprature et devient donc pratiquement obligatoire au-del d'une certaine largeur d'ouvrage, nous dtaillerons ci-aprs les dispositions constructives le plus frquemment adoptes dans ce cas (bien qu'elles soient concernes par ces problmes, nous ne traiterons pas du cas des tranches couvertes, la majorit d'entre elles faisant appel d'autres conceptions d'ouvrages). Le cas le plus couramment rencontr est celui d'un passage infrieur portant une plate-forme autoroutire compose de deux chausses spares par un terre-plein ou par un sparateur central. Dans un tel cas, la conception classique consiste recourir deux demi-ouvrages spars par un joint, dit "joint de rupture". Lorsque la largeur du terre-plein central est suffisante, il est avantageux de remplacer la partie du joint situe dans le tablier par un vide couvert par des caillebotis ou autres dispositifs permettant le passage du personnel d'entretien et amliorant, lorsque c'est ncessaire, l'clairage de la voie franchie (Cf figures 4 et 5). Lorsque les tassements diffrentiels sont trop importants pour que l'on puisse conserver leur monolithisme ces demi-ouvrages, il est ncessaire de trononner son tour chaque demiouvrage en y mnageant galement des joints de rupture. D'une faon gnrale, la conception de ces joints doit permettre d'isoler mcaniquement les divers tronons tout en vitant les dplacements relatifs entre tronons voisins. Leur tanchit doit tre assure vis--vis des fines du remblai, particulirement lorsqu'il existe, pour les ouvrages hydrauliques, un risque d'aspiration de celles-ci travers les joints. Dans la plupart des cas, cette tanchit peut tre obtenue par mise en place d'un gotextile ou d'une gomembrane colle l'extrieur du joint.
46La ncessit d'une tanchit l'eau dpend des cas d'espce, suivant la destination de l'ouvrage, l'intensit de l'alimentation en eau, ainsi que l'agressivit de celle-ci. Cette tanchit est gnralement obtenue par mise en place d'un joint de type Waterstop ou similaire (figure 54). Dans le cas de joints comportant des cls de cisaillement, l'tanchit peut tre obtenue par un produit souple (genre Sikaflex ou similaire) mis en oeuvre sur un fond de joint prpar cet effet.
FIGURE 54: Joint de type Waterstop
3.3.1 - Joints dans les pidroitsLorsque les conditions de fondation sont favorables, il est possible de prvoir des joints plans, avec ou sans embrvements (figure 55 a). Les embrvements peuvent tre ncessaires pour limiter les dplacements du joint pendant le remblaiement et, pour les ouvrages prfabriqus, faciliter l'alignement des lments.voir dtail joint de chausse voir dtail joint de chausse
&}////////,COUPE AA
A
A
t\ embrvement ventuel
z V////////A
\//////////,
V////////A \//////////,b) joint avec cl de cisaillement FIGURE 55 : Joints dans les pidroits
a) joint plan
Lorsque les tassements sont plus importants, il convient de rduire les dplacements verticaux relatifs entre tronons voisins par des cls de cisaillement mnages sur les faces en regard (figure 55 b). Le dimensionnement et le ferraillage de ces cls sont bien sr conditionns par l'intensit des efforts tranchants susceptibles de s'y dvelopper. Dans tous les cas, l'ouverture du joint doit tre suffisante et compatible avec les tassements diffrentiels valus.
3.3.2 - Joints dans les traversesLes joints dans les traverses sont en gnral des joints plans. Les dplacements horizontaux relatifs entre tronons voisins tant suffisamment faibles pour que des cls de cisaillement ne soient pas ncessaires. Lorsque d'importants mouvements horizontaux sont prvoir, comme c'est le cas dans les zones de risques sismiques, des cls de cisaillement de conception analogue celle des pidroits sont prvoir.
47 Sur la traverse suprieure (tablier), le joint n'aura absorber que des dnivellations verticales minimes (de l'ordre du millimtre) dues aux charges d'exploitation, ce qui reste compatible avec la tenue du revtement de chausse, condition que le joint soit recouvert par un fer plat log dans une encoche mnage cet effet (figure 56).
ETANCHEITE NON ADHERENTE AU SUPPORTtrait de sciage granulat + liant
ETANCHEITE ADHERENTE AU SUPPORT finition de surface
tanchitplaque de pontage en alliage d'aluminium (ou en acier) clou de maintien de la plaque de pontage
tanchit
FIGURE 56 : Dtail du joint de chausse tanche (procd brevet)
3.4 - FERRAILLAGE DES OUVRAGES COULES EN PLACE Comme dans tout ouvrage en bton arm, les armatures ont pour rle essentiel de reprendre les efforts de traction dans le bton et de rpartir les fissures de faon homogne, ce qui limite ainsi leur ouverture. On peut noter au passage qu' la diffrence des aciers de prcontrainte, les aciers de bton arm n'ont pas la capacit d'empcher la formation des fissures. Un bon fonctionnement et une bonne durabilit de ces armatures, dites "passives" par opposition aux armatures de bton prcontraint, exige le respect de certaines conditions portant sur l'enrobage, l'espacement, le diamtre des fers et surtout leur taux de travail. 3.4.1 - Principe gnral Le ferraillage des pidroits est d'une conception simple et indpendant du biais de l'ouvrage. Il est constitu de fers principaux disposs dans la direction verticale et de fers de rpartition de direction horizontale. Ce systme est complt par des cadres, des triers ou de simples pingles de fixation. A l'inverse, le ferraillage des traverses est form d'armatures longitudinales et transversales de direction et de densit dpendant la fois du biais de l'ouvrage et de la zone considre. Comme pour les pidroits, ce systme est complt par des cadres ou des triers, qui sont ncessaires soit pour la reprise des efforts tranchants soit pour la fixation des armatures. Dans tous les cas, du fait de la continuit des moments aux angles, une certaine proportion d'armatures doit tre continue la jonction entre les pidroits et les traverses. En effet, du fait de la valeur importante des moments dans ces noeuds de jonction, un dcalage en plan des aciers peut entraner une torsion excessive du bton et donc une fissuration anormale de ce dernier.
483.4.2 - Ferraillage des traversesa) Gnralits Les plus grands moments dans les traverses, notamment dans la traverse suprieure, varient, sous un mme cas de charge, en intensit et en direction d'un point un autre. En particulier, au voisinage des bord libres, les efforts s'exercent suivant une direction sensiblement parallle ceux-ci, alors que dans la zone centrale, les efforts prennent une direction dont l'obliquit varie suivant l'abscisse du point considr. Cette inclinaison dpend la fois de l'importance du biais et du coefficient de forme r\ dfini par :l =
largeurdroile ouverture droite
On dfinit conventionnellement la direction mcanique de la dalle comme tant celle des plus grands moments de flexion en son centre sous un chargement rparti.
FIGURE 57 Dfinition du biais mcanique
A titre d'illustration de la notion de biais mcanique, la figure 57 reprsente les lments de rduction du tenseur de flexion (Mx,My) au centre d'une traverse, avec :
O,(MM,)
Axe longitudinal. Direction perpendiculaire aux bords libres. Moments principaux de flexion par mtre mesurs le long des facettes qui leur sont perpendiculaires. La direction d'un moment est, par convention, celle des contraintes qu'il engendre. Angle de biais gomtrique, form par l'axe longitudinal et la direction des pidroits Angle de biais mcanique, form par la direction mcanique et l'axe Oy. \|/ peut tre estim par la relation empirique suivante : \(/ = (p + ( 1 0 0 - ( p ) ( l - 0 , 5 ' n f cp et \j/ tant exprims en grades. si Ti2
Sous un chargement non rparti, la direction des plus grands moments s'carte de cette direction mcanique, mais reste cependant comprise entre deux directions : - la premire oriente selon le biais (c'est--dire selon l'axe longitudinal du pont), - la seconde selon la perpendiculaire aux pidroits. Du fait du caractre tensoriel des moments, le ferraillage de chaque face de la dalle doit comporter au moins deux directions d'armatures distinctes, c'est--dire, par dfinition, d'armatures formant entre elles un angle suprieur 20 (pour des raisons d'efficacit, il est en pratique ncessaire de porter ce minimum 60, soit environ 70 grades, comme il sera vu par la suite).
-49Ce ferraillage est complter par des armatures verticales formes de cadres et triers pour la reprise des efforts tranchants, soit gnraux soit de poinonnement local, ou par des pingles de fixation des armatures. Par ailleurs, il importe : - que les armatures faisant partie d'une mme face et d'un mme systme de ferraillage (longitudinal ou transversal) soient parallles entre elles, pour faciliter le raccordement des fers entre les diffrentes zones, - que les armatures en faces suprieure et infrieure possdent au moins une direction commune, pour faciliter la fixation des fers entre eux et avec les cadres et triers. De plus, comme cela a dj t mentionn, la continuit des fers longitudinaux des traverses et des armatures verticales des pidroits doit tre parfaitement assure dans tous les cas. b) Ferraillage longitudinal Pour les dalles peu larges (TI < 1) la direction mcanique n'est pas trs diffrente de celle de la porte biaise lorsque le biais gomtrique cp reste suprieur 70 grades. Dans ce cas, on oriente gnralement le ferraillage principal selon l'axe du pont, les plus grands moments se dveloppant dans cette direction. Pour les dalles de largeur modre (1 < ri < 2), on adopte en gnral ce mme principe de ferraillage pour des raisons de commodit. Bien qu'il s'agisse d'une disposition peu courante car peu pratique de mise en oeuvre, il est galement possible d'orienter le ferraillage principal selon la direction mcanique dfinie par l'angle \\f, valu par la relation empirique mentionne prcdemment. Dans le cas de dalles larges et biaises pour lesquelles (Ti > 2), il est plus efficace, d'un point de vue mcanique, de considrer deux types de zones dans la traverse : - La zone centrale, oii les plus grands moments sont sensiblement perpendiculaires aux pidroits. Dans cette zone, on dispose donc le ferraillage suivant cette mme direction. - Les voisinages des bords libres, o la direction des plus grands moments est parallle ceux-ci et o se dveloppent des cisaillements de torsion d'autant plus levs que le biais est prononc. Dans ces zones, il est indispensable de disposer le ferraillage paralllement aux bords libres, de sorte qu'il soit efficace pour ces deux types d'efforts concomitants. On peut considrer que ces zones rgnent sur une largeur sensiblement gale trois fois l'paisseur de la traverse. Cependant, lorsque le biais est faible (9 > 80gr) pour ce dernier type de dalles, il est gnralement plus commode de placer uniformment l'ensemble du ferraillage suivant le biais. c) Ferraillage transversal Pour des raisons d'efficacit mcanique, il est toujours souhaitable de disposer les armatures transversales perpendiculairement aux fers longitudinaux. Dans certains cas, on peut tre amen s'carter de cette direction pour des raisons pratiques de faonnage et de mise en place des armatures, mais il est indispensable que l'angle form par ces deux systmes de fers ne descende pas en dessous d'environ 70 grades. En effet, en de de cette limite, la quantit d'aciers mettre en place devient vite prohibitive, alors que leur capacit coudre correctement les fissures dans toutes les directions devient de plus en plus problmatique. Il va de soi que, quelle que soit la direction de ferraillage adopte, il importe de bien assurer le recouvrement et l'ancrage des fers. Par ailleurs, il est indispensable de renforcer les aciers transversaux en face infrieure, de sorte qu'ils puissent limiter l'ouverture des fissures dues aux gradients thermiques, qui affectent particulirement les dalles larges. A titre indicatif, le pourcentage minimum de ce ferraillage (rapport l'aire de la section du bton) est de l,3.ri %o, sans toutefois dpasser 2 %c.
50d) Options retenir Les considrations qui prcdent conduisent aux trois options pratiques de ferraillage illustres par la figure 58./
//_
7/
V/_
7 y/ / /
f
2_ /_j_/
/_
J ro\_ _ / \ ^
bords libres lignes d'appuiFIGURE 58 : Options de ferraillage
Option 1 : Aciers parallles aux bords libres et aux lignes d'appui. Cette option convient tous les ouvrages peu biais ((p > IQgr). Pour des raisons de facilit de mise en place des armatures, elle peut tre nanmoins tendue aux ouvrages biais, mais de largeur modre (0,5 < T) < 2). Option 2 : Aciers parallles et perpendiculaires aux bords libres. Cette option convient aux ouvrages biais et peu larges ((p < lOgr et T] < 0,5). Option 3 : Aciers perpendiculaires et parallles aux lignes d'appui. Cette option convient aux ouvrages biais et larges ((p < lOgr et T| > 2). e) Aciers de renfort aux bords libres Les armatures doivent tre renforces dans ces zones en face infrieure de faon constituer un chanage le long de chaque bord libre, sur une largeur au moins gale trois fois l'paisseur de la dalle. Ces renforts sont en gnral ngligeables dans le cas de l'option 1, mais peuvent devenir importants dans le cas des options 2 et 3, o le biais est plus accus. Leur mise en place est simple dans le cas de l'option 2. Pour l'option 3, en revanche, ces renforts, disposs paralllement aux bords libres, constituent une troisime direction de ferraillage (figure 58-3). f) Aciers de renfort aux angles obtus de la dalle Le cas des parties de dalle situes dans les angles obtus mrite une attention particulire en raison des efforts qui s'y dveloppent, dont l'importance croit rapidement avec le biais du tablier.
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Dans ces zones, les moments principaux ne sont gnralement pas orients suivant la direction des bords libres, ce qui peut amener augmenter localement le ferraillage, notamment en face suprieure. Ces renforts sont faibles dans le cas de l'option 1 mais, comme pour les renforts de bords libres, ils peuvent devenir importants dans le cas des options 2 et 3, o le biais est plus accus. Lorsqu'ils sont ncessaires, les dispositions constructives adopter sont relativement simples : - dans le cas de l'option 2, il suffit d'ajouter un quadrillage d'armatures suivant les directions des aciers constituant la trame courante ; - dans le cas de l'option 3, la disposition la plus courante consiste ajouter des armatures parallles aux bords libres disposes en troisime nappe. Dans tous les cas, ces aciers sont calculs pour reprendre dans toutes les directions, conjointement avec la trame courante, le tenseur des moments rgnant dans ces zones. La figure 59 donne un exemple de renforts aux bords libres et dans un angle obtus dans une dalle ferraille suivant l'option 3 dcrite ci-dessus.^^ ferraillage longitudinal courant ^ (faces infrieure et suprieure) ferraillage transversal courant (faces infrieure et suprieure) renforts d'un bord libre (face infrieure) ^ ^ renforts d'un angle obtus (face suprieure) ^,^ \ ^ X
