Soutenance mémoire
Connivences entre la construction métallique et la grande vitesse
Les premières lignes à grande vitesse, n’ont pas bénéficié des avantages de la construction métallique. Trop d’inconvénients propres à la construction métallique restaient à supprimer : le bruit, la corrosion, les problèmes d’entretiens, les vibrations et la durée de vie des assemblages. De plus, le déclin de la sidérurgie suivi par celui de la profession de la construction métallique dans les années 1970 a aggravé les difficultés de cette dernière à s’imposer dans ces nouveaux chantiers et dans le défi des lignes à grande vitesse. Cependant, les différents partenaires de la profession de la construction métallique ont réussi àse restructurer et à apporter des progrès importants dans les produits élaborés, tels que :
• La mise au point d’acier à haute limite d’élasticité facilement soudable (E 355, E 420, E 460, …) ;
• La généralisation d’assemblages soudés, aussi bien sur le site qu’en atelier ;
• La fabrication de tôles de fortes épaisseurs ;
• L’amélioration de la protection anticorrosion ;
• L’introduction de méthodes de calcul informatique fiables permettant d’étudier les comportements statiques mais aussi dynamiques des structures ;
• L’amélioration des connaissances tant en ce qui concerne le comportement en fatigue des structures que les instabilités élastiques.
Mais la grande vitesse nécessitait une dernière avancée technologique : augmenter la raideur. Cette dernière permet de diminuer les problèmes de vibration dynamique. La juste alliance du béton et de l’acier a permis d’assurer cette raideur et ainsi de développer des ponts mixtes performants sur les lignes du TGV.
Constructions mixtes
Les ponts alliant l’acier et le béton sont constitués d’une charpente porteuse en acier (élément principal) et d’une dalle de roulement en béton. Qu’elle soit connectée ou non à la charpente métallique, la dalle de béton permet d’apporter la raideur nécessaire au pont pour le franchissement d’un véhicule circulant à grande vitesse. De plus, l’utilisation de ces deux matériaux permet de réaliser des ouvrages simples et naturels avec un minimum d’assemblage. Ainsi les problèmes de fatigue des assemblages, sièges de concentrations de contrainte cyclique, sont moins nombreux et la pérennité de ces constructions est mieux assurée.
Ponts ferroviaires mixtes
Les ouvrages mixtes dans lesquels la complémentarité du matériau béton et de l’acier est la plus judicieusement utilisée sont :
Pont bipoutre
Les poutres maîtresses à âme pleine en I d’élancement habituel de 1/15 ÷ 1/14 dont l’âme est de forme par une tôle mince de grande dimension, sont actuellement prédominantes.
Pont quadripoutre
Le pont quadripoutre appartient aussi aux ouvrages mixtes de référence. La conception de cet ouvrage est très proche de celle du bipoutre. Cependant le passage à quatre poutres métalliques par rapport aux bipoutres (Fig. 1.5), permet de diminuer la hauteur des poutres tout en conservant la même raideur. Cette diminution de la hauteur des poutres augmente le gabarit libre sous l’ouvrage. Il est particulièrement bien adapté au franchissement biais. Sa relative raideur en torsion ne nécessite pas de contreventement inférieur.
Cependant, comme pour le bipoutre, la flexion différentielle entre les poutres permet de reprendre les efforts de torsion grâce à des entretoisements intermédiaires entre les poutres. Les entretoises sont peu nombreuses, toujours sous forme de pièces de pont sur les culées et éventuellement au nombre de une ou deux en travée.
Pont bicaisson
Le pont bicaisson est une solution alternative au quadripoutre car il permet aussi de diminuer la hauteur des poutres par rapport au bipoutre et il s’adapte mieux au franchissement biais. Contrairement au pont quadripoutre (Fig. 1.6), cette solution ne nécessite que deux appareils d’appuis par culée et par pile. Cependant la réalisation des caissons requiert plus d’heures de main d’œuvre que la fabrication des poutres du quadripoutre. Le bicaisson est constitué de petits caissons à tôles épaisses. Chaque caisson a une forme trapézoïdale composée de deux âmes dont celle intérieure est droite et celle extérieure est inclinée par rapport à l’horizontale. Les deux âmes sont reliées à une semelle inférieure large (= 2000 mm) et épaisse (= 40 mm) alors que chaque âme est reliée à une semelle supérieure indépendante dont les caractéristiques se rapprochent des poutres PRS (Profilé Recomposé Soudé) habituelles. Des entretoises sur appuis et en travée relient les deux caissons ensemble.
Autres ponts
– ponts caissons exéptionnellements élancés reposant sur les piles ;
– ponts multipoutres ouvertes en tôle d’acier de hauteur variable renforcée par des bracons ;
– ponts caisson en treillis ;
– ponts mixtes (route-rail) à haubans… .
Différents types d’éléments transversaux
Les ponts mixtes à poutres sont composés de poutres principales métalliques dans la direction de la portée de l’ouvrage et de poutres secondaires métalliques dans la direction perpendiculaire. Les poutres principales sont les éléments porteurs du pont, elles participent à la résistance en flexion générale de l’ouvrage sous son poids propre et sous les charges d’exploitation. Les éléments transversaux peuvent être, comme les poutres principales, connectés à la dalle. Ainsi, leur premier rôle consiste à supporter la dalle ainsi que les charges verticales et d’en reporter le poids sur les poutres principales. Mais qu’ils soient connectés ou non, ils assurent l’alignement des poutres et conservent les angles des sections. Communément nommés entretoise ou élément d’entretoisement, les éléments transversaux sont nombreux et appartiennent à quatre grandes familles suivant leur spécificité : montants, pièce de pont, entretoise, diaphragme. Ils peuvent être situés en zone courante de l’ouvrage ou sur appui (pile ou culée).
Différents éléments transversaux
Les dispositions constructives des éléments d’entretoisement des ponts métalliques ne peuvent pas être figées par un règlement car elles évoluent constamment en fonction des progrès de la construction métallique. En particulier, des améliorations significatives ont été réalisées sur les techniques d’assemblage de ces éléments grâce à la meilleure compréhension des phénomènes de fatigue. Quelques unes des dispositions constructives performantes et couramment utilisées sont décrites et illustrées ci-dessous ; elles concernent tout d’abord les éléments en zone courante des ouvrages d’art, puis la spécificité des éléments d’entretoisement sur appui est présentée.
Les montants en zone courante
Les montants sont le plus souvent des simples plats ou des poutres en T (Fig. 1.12). Ces dernières peuvent être composées de tôles soudées ou réalisées à partir de demi-profilés laminés, suivant la hauteur des poutres. Les montants sont soudés sur les poutres principales de l’ouvrage suivant la direction verticale. Ils peuvent être utilisés seuls comme de simples raidisseurs transversaux des poutres ou être associés avec les éléments d’entretoisement. Ils permettent alors la liaison poutre/entretoise et ils diffusent sur la hauteur de la poutre les efforts passant dans l’entretoise. Les montants permettent de simplifier les assemblages sur le chantier, car ils sont soudés directement sur les poutres principales dans l’atelier de fabrication. Ainsi équipées, les poutres sont transportées jusqu’au chantier et seule la liaison avec les pièces d’entretoisement nécessite une intervention de soudure sur le chantier.
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Table des matières
INTRODUCTION
1-Présentation des ponts rails
1-1- Bref historique
1-2- Connivences entre la construction métallique et la grande vitesse
1-3- Constructions mixtes
1-4- Ponts ferroviaires mixtes
1-4-1- Pont bipoutre
1-4-2- Pont quadripoutre
1-4-3- Pont bicaisson
1-4-4- Autres ponts
2-Différents types d’éléments transversaux
2-1- Différents éléments transversaux
2-1-1- Les montants en zone courante
2-1-2- Les pièces de pont en zone courante
2-1-3- Les entretoises en zone courante
2-1-4- Les diaphragmes en zone courante
2-1-5- Les éléments transversaux sur appuis
2-2- Incidence de l’entretoisement sur la conception des ouvrages
2-2-1- Fabrication en atelier
2-2-2- Montage sur chantier
2-2-3- Inspection et réparation
2-2-3-1- Inspections
2-2-3-2- Pathologies observées
2-2-3-3- Réparations
3- Différentes méthodes d’analyses prenant en compte les éléments transversaux
3-1- Méthodes analytiques
3-1-1- Méthode de la poutre droite infiniment rigide sur appuis élastiques
3-1-1-1- Détermination des réactions d’appuis des poutres sur une entretoise
3-1-1-2- Généralisation dans le cas d’un pont multipoutre à entretoises rigides
3-1-1-3- Commentaires sur cette méthode
3-1-2- Méthode du grillage de poutres et de la dalle orthotrope
3-1-2-1- Principe de la méthode et hypothèses
3-1-2-2- Les deux paramètres fondamentaux
3-1-2-3- Les coefficients de répartition transversale
3-1-2-4- Commentaires sur cette méthode
3-2- Méthodes des éléments finis
3-2-1- Grillage de poutres et modélisation monodimensionnelle
3-2-2- Modélisation bidimensionnelle
3-2-3- Modélisations tridimensionnelle
3-3- Modélisation des lois de comportement du béton
4- Conclusions
CONCLUSION
