Soutenance mémoire
Pylônes ou mâts
Les pylônes travaillent essentiellement en compression. Il est donc économique de les construire en béton, même si la plupart des premiers ponts à haubans ont des pylônes en acier. Pour les pylônes des tabliers à nappe unique, un pylône métallique est normalement avantageux car il est plus mince qu’un pylône en béton et par conséquent, un élargissement moins important du tablier. Comme la vue latérale des ponts à haubans multiple ne varie que légèrement, le pylône est l’élément décisif de l’esthétique d’un pont, et la plus grande attention doit donc être apportée aux détails. Les pylônes supportent toutes les charges affectant le tablier (poids mort. surcharges de chaussée et climatiques) et les conduisent aux fondations. Ils constituent donc le dispositif essentiel de stabilité et de résistance de l’ensemble. La hauteur Œ des mâts, comptée à partir du hourdis supérieur du tablier, a une influence sur la quantité nécessaire de câbles et sur l’effort de compression induit dans le tablier par leur inclinaison. Dans une certaine gamme de hauteurs, la quantité d’acier de haubanage et l’effort de compression dans le tablier sont des fonctions décroissantes de Œ.
Nombre de nappe de haubans
o Systèmes pourvus d’une suspension centrale : Au premier abord, on peut se demander si le choix d’une nappe de câble centrale ne va pas à l’encontre des avantages que l’on cherche à obtenir au moyen d’un haubanage multiple. En effet, les moments de torsion engendrés par une telle suspension requièrent un tablier rigide dont la capacité flexionnelle est surabondante par rapport à l’écart longitudinal des câbles. Sous l’action des surcharges non permanentes, l’ouvrage présente une déformation dictée essentiellement par les rigidités des mâts et de la suspension. Le tablier subit en quelque sorte un phénomène de déplacement imposé et sa flexion longitudinale croit avec sa rigidité. Le choix d’une section transversale rigide à la flexion n’est donc pas favorable à priori. Cette considération de résistance élémentaire ne doit pas masquer le fait qu’un tel mode de suspension offre d’autres avantages non négligeables. Le plus marquant est sans aucun doute d’ordre esthétique.
o Systèmes pourvus d’une suspension latérale : La plupart des ponts haubanés exécutés à ce jour présent une suspension latérale. Les plans de haubans peuvent être verticaux ou légèrement inclinés vers l’intérieur, si l’on adopte des mats en forme de A, il convient à cet égard de rappeler les caractéristiques essentielles des différents modes de suspension.
Pont haubanés pourvus d’une suspension latérale verticale :
• Les haubans tendus et quasi rectilignes assurent une liaison plus rigide entre les mâts et le tablier. Les déformations de celui-ci ne résultent donc que de la variation modérée des contraintes dans les câbles et la déformabilité des mâts.
• Une suspension verticale ne pose aucun problème de gabarit au-dessus du tablier. La largeur de ce dernier résulte de la distance minimale requise par rapport aux branches du mât. Il est possible de réduire encore la largeur nécessaire d’équilibrer la flexion transversale du mât. engendrée par la déviation des câbles au moyen d’une entretoise supérieure.
• La réalisation de mâts constitués de branches verticales est simple et économique.
Ponts haubanés pourvus de mâts en forme de A :
• La rigidité et la stabilité de la structure peuvent être encore améliorées si l’on adopte des mâts en forme de A dont les branches sont liées de façon monolithique en leurs sommets. Le tablier et les deux plans de haubans inclinés se comportent alors comme une section fermée rigide à la flexion anti-métrique ce qui réduit considérablement les rotations possible de la dalle de roulement.
• Une suspension inclinée peut engendrer certains problèmes de gabarit transversal, ce qui nécessite un élargissement général de la section transversale du tablier ou la réalisation locale de console au droit des ancrages.
• L’exécution des mâts en forme de A est en général plus compliquée que celle des mâts verticaux.
• Ce mode de suspension est particulièrement adapté aux ponts de très grande portée, pour lesquels la stabilité aérodynamique devient prépondérante. L’application d’une telle conception dans le domaine des ponts de petite et moyenne portée nécessite une inclinaison plus importante des plants de haubans et pose par conséquent de sérieux problème de gabarie transversal. Ils peuvent être résolus d’une part au moyen de consoles disposées au droit des ancrages s’il s’agit d’un pont à haubanage concentré et d’autre part en élargissant le tablier s’il s’agit d’un ouvrage à haubanage multiple.
o Système pourvu de trois nappes de haubans : Le tablier d’un pont d’une suspension latérale à haubans multiples et présentant une chaussée très large subit généralement une sollicitation de flexion transversale nettement supérieur à cette disproportion, qui conduit à des tabliers peu économiques, en adoptant une suspension à trois nappes de haubans. Par cette disposition, les moments de flexion transversaux sont réduits d’un facteur quatre et leur intégrale d’un facteur huit. Malgré ses avantages évidents, cette conception n’a jamais été exécutée à ce jour, pour des raisons d’encombrement optique avant tout.
Résistance dynamique
Contrairement aux câbles de précontrainte d’un pont en béton, les haubans subissent des variations de contraintes qui peuvent atteindre 100 à 150 H/::² suivant le rapport de la charge utile au poids propre de l’ouvrage. De plus, les charges dynamiques induisent, spécialement pour les ponts de grandes portée, non seulement des variations de contraintes de traction axiale, mais également des contraintes de flexion près des ancrages. Tous ces aspects ont été analysés exhaustivement et essayés : il en est résulté un hauban de grande résistance à la fatigue, jusqu’à deux millions de cycles sous une variation de contrainte de 210 H/::c (câble) et 280 H/::c (toron seul) avec une contrainte supérieure égale à 0,45 fois celle de rupture. Des dispositifs spéciaux sont utilisés afin d’éliminer « l’effet de groupe » : par rapport à la fatigue, le comportement du hauban est ainsi le même que celui d’un toron. La résistance résiduelle est la force maximale à laquelle peut être soumis le hauban après action des sollicitations de fatigue sans provoquer de dommages à un quelconque de ces composants. Les tests ont montré que le hauban Freyssinet développe une résistance résiduelle supérieure ou égale à 95 % de la charge à la rupture caractéristique garantie du faisceau de torons.
CONCLUSION GENERALE
Pour conclure, en plus de l’innovation en terme de technologie sur les structures de pont à Madagascar, l’importance de la création de cette route de transite, pour l’épanouissement économique de la zone concerné mais aussi de toute la capitale voir le pays entier n’est plus à démontrer. En ce qui concerne la partie pont, que nous avons traité, le choix fut porté sur la variante du pont à hauban qui s’est avéré avantageuse par sa longue portée, son architecture innovant et la facilité de son entretien. Les études alors menées tout au long de ce présent mémoire de fin d’étude révèlent les principaux points nécessaires à l’élaboration du pont en question que ce soit du point de vue technologique ou bien économique. En dépit de toutes les difficultés rencontrées pendant les études, ce travail a eu l’avantage de renforcer et compléter les connaissances que nous avons acquises durant notre formation à l’Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, surtout sur l’utilisation des logiciels en DAO comme « Auto CAD 3D et 2D » et les logiciels de calcul comme « Excel » et « Matlab » et de nous à aider à préparer notre avenir professionnel avec plus d’assurance et de conviction. Malgré que le pont à hauban soit très rependu à l’étranger avec des structures diverses et complexe, ce dernier ne figure pas encore dans le catalogue des listes de pont à Madagascar, toute fois avec les différentes études et document établie par de nombreux ingénieurs Malagasy sur ce sujet comme ce présent mémoire, nous avons l’espoir d’apercevoir bientôt ce type de pont chez nous.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : ETUDE SOCIO-ECONOMIQUE DE LA ZONE D’INFLUENCE
Chapitre I : Généralités sur le Projet
I.1. Généralités
I.2. Localisation du projet
I.3. Description du projet
I.4. Plan de situation
I.5. But du projet
Chapitre II : Etude Monographique de la Zone d’Influence
II.1. Présentation de la zone d’influence
II.1.1. Délimitation administrative
II.1.2. Typologie sous régionale
II.2. Climat de la zone d’influence
III. Pluviométrie
IV. Démographie
Chapitre III : Etude du Trafic
III.1. Généralités
III.1.1. Quelques vocabulaires utilisés
III.1.2 Classe de trafic
III.1.3 Capacité des différents types de voie
III.2. L’étude de trafic
III.2.1. Comptage de trafic
III.2.1.1. Analyse des trafics existants
III.2.2.2. Prévision du trafic futur
o Hypothèses adoptées
o Prévision du trafic le long de la durée de service
o Classe de trafic
o Classe de trafic cumulé TCi
o Trafic équivalent
o Valeur du coefficient d’agressivité F(-
PARTIE II : ETUDES PRELIMINAIRES
Chapitre I : Etude Hydrologique et Hydraulique
I.1. Caractéristiques du bassin versant de l’ouvrage
I.1.1. Surface et périmètre du bassin versant
I.1.2. La pluviométrie
I.2. Calcul du débit de crue
I.2.1. Débit de crue par la loi de GUMBEL
I.2.1.1. Détermination des paramètres d’ajustement
I.2.1.2. Calcul de débit de diverse fréquence
I.2.2. Test de validité de l’ajustement
I.3. Etude hydraulique
I.3.1. Calage de l’ouvrage
I.3.1.1. Détermination de la hauteur d’eau naturelle
I.3.1.2. Surélévation de l’eau
o Perte de charge due aux caractéristiques hydrauliques du pont ^²2vF2%02
o CC : Coefficient de contraction en fonction de m et de b/B0
o FP : Coefficient dû à la condition d’entrée
o CΦ : Coefficient dû au biais Φ que forme le pont avec la perpendiculaire aux lignes d’écoulement
o CP : Coefficient dû à la présence des piles
o CF : Coefficient dû à l’influence du nombre de FROUDE
o Cy : Coefficient dû à l’influence de profondeur relative d’eau au droit de l’ouvrage
o CX : Coefficient dû à l’excentrement du pont par rapport au champ d’écoulement
o CS : Coefficient de submersion éventuelle du pont
o Hauteur d’eau correspondant à la pression dynamique à l’amont s &(-22v
o Perte de charge par frottement ôℎÿ
I.3.2. Le tirant d’air
I.3.3. La côte PHEC
I.3.4. La côte sous poutre
I.4. Profondeur d’affouillement
I.4.1. Profondeur d’affouillement au droit des piles
I.4.1.1. Calcul de la profondeur normale d’affouillement ŒH
I.4.1.2. Calcul de la profondeur d’affouillement due à la réduction de la section du cours d’eau Œ’
I.4.1.3. Calcul de la profondeur d’affouillement due à la présence des piles ŒN
I.4.2. Profondeur d’affouillement aux culées
I.4.3. Protection contre l’affouillement
Chapitre II : Proposition de Variante
II.1. But
II.2. Critère de comparaison
II.2.1. Proposition des variantes
II.2.2. Caractéristique commune
II.2.3. Ratios d’armatures
II.2.4. Combinaison d’action
II.3. Comparaison des variantes
II.3.1. Comparaison des variantes selon les critères de comparaisons
II.3.2. Etudes des Variantes retenues par l’analyse multicritère
II.3.2.1. Variantes n°02
o Superstructure
o Infrastructure
II.3.2.2. Variantes n°03
o Superstructure
o Infrastructure
II.3.3. Analyse multicritère
Chapitre III : Technologie de la variante retenue
III.1. Historique
III.2. Les éléments du pont
III.2.1. Tablier
III.2.1. Tabliers en acier
III.2.2. Tabliers en béton
III.2.2. Pylônes ou mâts
III.3. Liaison entre les différentes pièces
III.3.1. Liaison entre le tablier et le pylône
III.3.2. Interaction entre pylône, haubans et tablier
III.3.3. Ancrages des haubans
III.4. Configuration des haubans
III.4.1. Généralités
III.4.2. Nombre de nappe de haubans
o Systèmes pourvus d’une suspension centrale
o Systèmes pourvus d’une suspension latérale
o Système pourvu de trois nappes de haubans
III.4.3. Ecartement des haubans
III.4.4. Les types de Haubans
o Les câbles clos
o Câbles à fils parallèles
o Câbles à torons parallèles
III.4.5. Poutraisons
III.4.6. Platelages
PARTIE III : ETUDES TECHNIQUES
Chapitre I : Hypothèses de Calcul et des surcharges
I.1. Caractéristique des matériaux
I.1.1. Béton B30
I.1.2. Acier d’armature
I.1.3. Acier des haubans
I.1.3.1 Résistance mécanique
I.1.3.2. Rigidité
I.1.3.3. Caractéristiques de la gaine pour les haubans
I.1.3.4. Ancrages
I.2. Combinaison d’actions
I.2.1. Combinaison des actions à l’état ultime
I.2.2. Combinaison des actions à l’état de service
I.3. Calcul des Charges pour le Dimensionnement
I.3.1. Charges permanentes
I.3.2. Charge d’exploitation
I.3.2.1. Charges dues au trafic
I.3.2.2. Le système de surcharge A
I.3.2.3. Le système de surcharge B
I.3.3. Surcharge des trottoirs
I.3.4. Coefficient de majoration dynamique
I.3.4.1. Calcul de la dalle du tablier
I.3.4.2. Calcul des diaphragmes
Chapitre II : Calcul du Tablier
II.1. Définition de la structure à étudier
II.2. Calcul de la dalle du tablier
II.2.1. Hourdis intermédiaire
II.2.1.1. Calcul des moments fléchissant du hourdis centrale
o Caractéristiques de la dalle
o Détermination des moments dus aux charges permanentes
o Détermination des moments dus aux charges d’exploitations
II.2.1.2. Effort tranchant dans les hourdis intermédiaires
o Charges permanentes
o Surcharge d’exploitation
II.2.1.3. Surcharge de trottoir
o Cas de charge répartie de 1,5 9H/:2
o Moment fléchissant
II.2.1.4. Valeurs des moments fléchissant et effort tranchant de calcul avec une surcharge répartie de 1,5 9H/:2 de trottoir
II.2.2. Hourdis console
II.2.2.1. Charges permanentes
o Moment fléchissant
o Effort tranchant
II.2.2.2. Effort dus aux charges d’exploitation
o Moment fléchissant
o Effort tranchant
II.2.3. Calcul des armatures
II.2.3.1. Données générales
o Etats-limites d’ouverture des fissures
o Etat limites de compression du béton
o Combinaison fondamental
II.2.3.2. Hourdis console
o Armature principale
o Armature de répartition
o Armature transversale
II.2.3.3. Hourdis intermédiaire
o Armature principale
o L’espacement maximal des armatures
o Nécessité d’armature d’âme
o Armature de répartition
o Vérification du poinçonnement de la dalle
o Calcul de la flèche au centre de la dalle
o Condition de non-fragilité
II.3. Calcul des diaphragmes
II.3.1. Caractéristiques des diaphragmes
II.3.2. Hypothèses de calcul
II.3.3. Etudes des diaphragmes
II.3.3.1. Calcul des sollicitations dues aux charges permanentes
o Cas de structure isostatique
o Moment fléchissant d’une poutre droite d’inertie constante comprimé et fléchie
o Moment fléchissant et effort tranchant de calcul
II.3.3.2. Calcul des sollicitations dues aux surcharges d’exploitation
o Ligne d’influence du moment fléchissant
o Sollicitations dues au système ! »
o Sollicitations dues au système !#
o Sollicitations dues au système !$
II.3.3.3. Calcul des sollicitations dues aux surcharges d’exploitation avec l’effort de compression dus aux inclinaisons des câbles
o Calcul des réactions des câbles dus aux surcharges !
o Calcul des moments dans les diaphragmes dus aux systèmes de charges !
o Valeurs des moments fléchissant et effort tranchant de calcul
II.3.3.4. Surcharge de trottoir
II.3.4. Combinaison d’actions
II.3.5. Calcul des armatures
II.5.1. Aux appuis
o Armature longitudinales
II.5.2. En travée
o Armature longitudinal
II.4. Dimensionnement des poutres principales
II.4.1. Caractéristiques des poutres principales
II.4.2. Hypothèses de calcul
II.4.3. Calcul des charges portées par les poutres principales
II.4.3.1. Sollicitations dues aux charges permanentes
o Calcul des charges uniformément réparties équivalentes sur les travées des poutres
II.4.3.2. Calcul dus aux sollicitations des systèmes de surcharge B
o Moment fléchissant
o Effort tranchant
II.4.3.3. Surcharge trottoir
o Calcul des charges uniformément réparties équivalentes sur les travées des poutres
II.4.4. Etude RDM des Poutres principales
II.4.4.1. Déplacement verticale au droit des câbles du tablier
II.4.4.2. Déformation horizontale du mât
II.4.4.3. Effort normal le long des poutres principales
o Calcul des moments fléchissant
o Effort normal dans les poutres principales dus aux câbles haubanés
o Répartition de l’effort normal dans les poutres principales dus aux charges uniformément réparties
II.4.5. Combinaison d’actions
II.4.5.1. A l’ELU
II.4.5.2. A l’ELS
II.4.6. Calcul des armatures des poutres principales
II.4.6.1. Vérification au flambement
II.4.6.2. Calcul des armatures
o Démarche à suivre
o Calcul des sections à la flexion composée – Dimensionnement à l’ELS
Chapitre III : Calcul des Haubans
III.1. Dimensionnement structurel des haubans
III.1.1. Action et combinaison d’actions
III.1.2. Performances mécaniques
III.1.2.1. Caractéristique du toron des haubans
III.1.2.1. Résistance dynamique
III.1.3. Résistance des câbles haubanés
III.1.4. Calcul des câbles haubans
III.2. Comportement statique des haubans
III.2.1. Généralités
II.2.2. Modèle linéaire d’un hauban
II.2.2.1. Variation de la tension Z
II.2.2.2. Expression de la tension Z
II.2.3. Effet approché du poids propre d’un hauban
II.2.3.1. Variation de la tension le long du hauban
II.2.3.2. Prise en compte du poids propre dans un modèle linéaire
II.2.3.3. Point I de flèche maximale
II.2.3.4. Tension exacte Z suivant la corde
II.2.3.5. Expression approchée de la flèche
II.2.3.6. Déviation angulaire aux ancrages
II.2.4. Modèle de la chaînette
II.2.4.1. Rappel des formules classiques de la chaînette
II.2.4.2. Point ë de flèche maximum
o Tension aux ancrages
o Répartition du poids du hauban entre les ancrages
II.2.5. Valeur numérique
Chapitre IV : Calcul du Mât
IV.1. Hypothèse de calcul :
IV.2. Méthode de calcul
IV.2.1. Modélisation de la structure
IV.2.2. Diagramme dû à 0 = 1
IV.2.3. Force extérieure
IV.2.3.1. Effet du vent
IV.2.3.2. L’effet de courant …2
IV.2.3.3. L’effet de la charge F
o Combinaison d’action
o Longueur de flambement de la barre 6
o Elancement
o Coefficient
o Section réelle calculé
o Armature longitudinale
IV.2.4. Résultat de calcul en utilisant l’Equation de Muller Beslan
IV2.4.1. Surcharge d’exploitation
o A l’ELS
o A l’ELU
IV.2.4.2. Surcharge permanant
IV.2.5. Calcul des armatures
IV.2.5.1. Calcul de l’armature de la barre 5
IV.2.5.2. Calcul des armatures des autres barres
Chapitre V : Etude de l’Infrastructure
V.1 Culées et ses dessous
V.1.1. Appareils d’appui
V.1.1.1. Dimensions de l’appareil d’appui
V.1.1.2. Distribution des efforts horizontaux
V.1.2. Etudes des culées
V.1.2.1. Les prédimensionnement des éléments de la culée
V.1.2.2. Inventaire et évaluation des efforts dans la culée
o Les efforts verticaux
o Les efforts horizontaux
V.1.2.3. Vérification de la stabilité de la culée
V.1.2.4. Armature de la culée
o Calcul mur garde grève
o Etude du sommier
o Etude du mur de front
o Calcul de la semelle de liaison
V.2. Etude de la fondation du mât
V.2.1. Etude de la semelle
o Nombre de pieux
o Calcul des armatures de la semelle
V.2.2. Calcul des pieux
V.2.2.1. Ferraillage des pieux
o Armature longitudinale
o Armature transversale
PARTIE IV : ESTIMATION DU COUT DU PROJET
Chapitre I : Evaluation de l’impact environnemental
I.1. Les impacts environnementaux
I.1.1. Bruit et poussière
I.1.2. Gêne à la circulation
I.1.3. Installations de chantier
I.1.4. Le paysage
I.2. Les mesures d’atténuation
I.2.1. Installation de chantier
I.2.2. Cadre de vie des riverains
Chapitre II : Evaluation du Cout du Projet
II.1. Coefficient de débouchés
II.2. Devis quantitatif
II.3. Détails quantitatifs et estimatifs du projet (DQE)
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
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