Soutenance mémoire
Différentes classes de préfabrication
On distingue essentiellement deux grandes classes de préfabrication de la construction: la préfabrication légère et la préfabrication lourde.
La préfabrication légère
Elle fait appel à des éléments d’un poids maximal de l’ordre d’une tonne : éléments d’ossature tels que poutrelles, panneaux de façade, pré-dalles de petites dimensions .
La préfabrication lourde
Elle met en jeu des éléments de construction dont les dimensions sont beaucoup plus importantes: Dalle de pont, poutre principale, entretoise, caisson éléments de couverture de grande portée et dont le poids peut atteindre actuellement une quinzaine de tonnes, le matériau utilisé est généralement le béton armé ou précontraint.
Les produits préfabriqués en béton
Les éléments préfabriqués en béton, qu’il s’agisse de produits de structures ou de superstructures, sont de plus en plus utilisés pour la conception des ouvrages de Travaux Publics, grâce à la mise sur le marché d’une large gamme de produits répondant aux contraintes techniques et économiques et offrant des solutions constructives simples, durables et adaptées aux exigences essentielles des divers acteurs du marché :
optimisation technique des produits et innovation.
optimisation du coût global de l’ouvrage (coûts d’investissements, d’entretien, de maintenance…),
réduction des délais de conception et de réalisation,
organisation de chantier simplifiée,
mise en oeuvre simple,
réduction de la gêne aux usagers,
maîtrise de la qualité esthétique et de l’homogénéité des parements,
choix d’une large palette de couleurs et de textures,
respect de l’environnement et contribution au développement durable.
résistance au feu d’au moins 60 minutes, des valeurs RF supérieures sont toujours possibles moyennant une étude préalable .
la composition du béton réduit l’accumulation des bulles d’air, supprime les nids de gravier et permet une finition plus lisse (classe de résistance C50/60 conformément à la norme Eurocode 2).
une fabrication dans un espace de production clos, d’où des conditions constantes permettant d’améliorer la qualité des éléments en béton armé .
La construction à partir d’éléments préfabriqués en béton, déjà bien connue et reconnue, offre des solutions toujours plus pertinentes dans le domaine des ouvrages de travaux publics.
Les éléments préfabriqués
La « Construction industrialisée » est l’avenir des ouvrages d’art, principalement dans les pays à haute densité de voies routières, ferroviaires et hydrauliques. Il est très avantageux, tant du point de vue délai que qualité, de recourir à la préfabrication béton des poutres et dalles dans la construction de ponts et de bâtiments.
Poutres préfabriquées
Les poutres sont réalisées sans perturbation de chantier, en temps masqué, dans des usines où le béton exécuté dans de bonnes conditions et sous contrôle sévère atteint des résistances journalières de 60 MPa et jusqu’à 180 MPa (à 28J) dans certains cas spécifiques.
Ces valeurs, nettement supérieures au béton préparé ordinaire, méritent l’appellation « béton industrialisé de haute technologie » plutôt que « préfabriqué » dont la connotation péjorative est regrettable.
Dans le Benelux, il n’est pas rare de voir des poutres de ponts et de bâtiments porter jusqu’à 60 m et peser jusqu’à 230 tonnes. Le record invaincu est la réalisation à Ciney de poutres de bâtiment de 75 m de long et pesant 250 tonnes.
Types de poutres
Trois types de poutres, couramment utilisées par les pré-fabricants pour la réalisation d’ouvrages d’art, sont traitées ci-après.
La poutre-dalle
La poutre-dalle constitue une solution technique pour les petites portées (jusqu’à 30m). En effet, le concept de la poutre-dalle posée jointivement permet de réduire les travaux de finition au-dessus de la voirie mais aussi d’augmenter l’inertie de première phase. et de ce fait, la capacité de précontrainte de la pièce. Ce type d’éléments compte de sérieuses références où il a été appliqué avec succès .
Le pont-bac
Cet élément est un concept encore plus complet que la poutre puisqu’il s’agit directement d’un ‘pont prêt à l’emploi’: les engins qui le transportent et qui le posent peuvent immédiatement rouler dessus pour poser l’élément suivant sans perturber le trafic au sol. Il est dès lors recommandé pour les viaducs urbains. Il en a été largement fait usage pour le TGV aux alentours de Bruxelles.
Procédés
Pour les trois types de poutres susmentionnées : poutre-dalle, poutre I, U et pont bac, quatre techniques de performances croissantes sont utilisées :
Le rapport L/H dont question ci-dessous constitue l’élancement, c’est-à-dire la portée possible en fonction de la hauteur.
Le béton armé L/H ≃ 15
Le béton précontraint par adhérence L/H ≃20
Le béton préfléchi *L/H ≃28.
Le béton Flexstress superposition des deux procédés précédents auxquels a été ajoutée la Turbo-préflexion et l’antiprécontrainte provisoire pour atteindre un L/H≃35.
La Turbo-préflexion est la précontrainte de la poutrelle métallique avant enrobage tandis que l’antiprécontrainte provisoire consiste en une précontrainte provisoire en partie supérieure de la poutre pour pouvoir précontraindre davantage en partie inférieure. Cette précontrainte provisoire est relâchée ultérieurement. Tous ces procédés et systèmes sont appliqués dans l’une des usines du groupe Ronveaux (2 en Belgique, 2 en France et 3 au Vietnam) et chez ses licenciés.
Appuis préfabriqués
Les culées de pont préfabriquées ont pour objectif de reprendre les efforts horizontaux et verticaux du tablier du pont. En plus de leur fondation, un sommier sur lequel on viendra appuyer les poutres est à exécuter sur chantier. Avec une hauteur maximale atteinte de 13,5 m, elles représentent une solution très classique pour des passages supérieurs et inférieurs, tant pour des ponts-routes que pour des ponts-rails. Pour mieux s’adapter au résultat souhaité, la fabrication est réalisée par modules de 2,40 où 1,20 m avec la possibilité d’adopter d’autres largeurs si besoin. Les finitions architecturales font que l’aspect final soit bien adapté aux différents environnements possibles, que ce soit en milieu urbain ou rural. Un produit dérivé de cette technologie sont les cadres portiques. Sur la base des culées préfabriquées, les surmontant par des poutres en béton armé appuyées sur la face supérieure des contreforts (sans besoin de sommier). Sur les poutres, des dalles préfabriquées de 15 cm d’épaisseur viennent se poser pour accomplir la fonction de hourdis de compression. L’aspect final est celui d’un ouvrage en portique où la seule opération à réaliser sur chantier est le ferraillage et bétonnage des semelles des culées, le reste de la structure étant totalement préfabriquée et montée sur chantier.
Tablier
De façon à réduire les problématiques de circulation causées par la construction et l’entretien des ponts, les dalles de pont préfabriquées sur leur pleine épaisseur sont une alternative prometteuse à la dalle de béton conventionnel.
Technique de fabrication
Les premiers ponts préfabriqués étaient plutôt petits et du type ponts-dalles massifs. Différentes variantes existaient :
Les petits ponts-dalles, réalisés à l’aide de dalles massives préfabriquées.
Le système de poutres contiguës, dans lequel le pont est composé d’une série de poutres rectangulaires massives qui sont bétonnées l’une à coté de l’autre en usine et qui sont rassemblées en bon ordre sur chantier.
Système composé de petites poutres en T renversé, positionnées les unes à côté des autres. Après le montage, les vides entre les poutres et au-dessus sont remplis de béton coulé sur place. Les ponts composés de poutres préfabriquées et d’une dalle de béton coulée en place sont apparus plus tard. Initialement, la hauteur des poutres était limitée de 0,50 m à 0,70 m pour des portées allant jusqu’à 15 m. Petit à petit, les poutres sont devenues plus grandes et plus hautes, jusqu’à 2,20 m actuellement. La portée des poutres augmenta en même temps de 35 à 50 ou 60m.
Les développements les plus récents tendent vers une préfabrication complète du pont. Il existe également différents systèmes: ponts-caissons, ponts-bacs et ponts à segments.
La fabrication des produits en béton fait appel à des méthodes, des techniques et des matériels variés adaptés aux types et aux dimensions des produits. Dans le cas des fabrications de produits volumineux ou précontraints, la méthode du démoulage différé (après durcissement du béton dans les moules) est utilisée. Les techniques employées pour chacune des étapes (remplissage, compactage, finition, etc.) de la production et les matériels correspondants (moules, tables, systèmes de remplissage et de compactage, etc.) sont choisis et organisés en fonction des dimensions des produits et des contraintes de manutention (produits lourds et volumineux).
Assemblages des éléments préfabriqués
Les assemblages constituent un aspect essentiel de la préfabrication. Leur rôle consiste à créer, à partir d’éléments préfabriqués isolés, une construction cohérente et robuste en mesure d’absorber tous les efforts, y compris ceux engendrés par le retrait, le fluage, les déformations thermiques, le feu, etc. Une bonne conception nécessite de connaître l’importance des efforts venant des actions horizontales et verticales et comment ils parcourent la construction. Il est également capital de comprendre les interactions existantes entre les assemblages et l’ensemble de la construction.
Critères de conception
La conception des assemblages constructifs dans les constructions préfabriquées nécessite la prise en compte de critères relatifs à leur comportement constructif, tolérances dimensionnelles, résistance au feu, fabrication, manipulation et montage. Les plus importants sont décrits ci dessous .
Comportement constructif
Résistance
Les assemblages doivent résister aux forces auxquelles ils sont soumis pendant toute leur durée de vie. Certaines d’entre elles sont engendrés par le poids propre mais également par d’autres charges gravitaires, le vent, les tremblements de terre, la pression du sol et de l’eau.
Influence des changements de volume
Les effets combinés du retrait, du fluage et des changements de température peuvent engendrer des tractions dans les éléments préfabriqués et leurs assemblages. En principe, il existe deux méthodes pour tenir compte des changements de volume: d’une part, les déformations peuvent être rendues possible à l’endroit des assemblages, et d’autre part, il est possible de leur donner une résistance suffisante afin de prévenir ces changements.
Déformations
Lorsque les assemblages empêchent le mouvement vertical de la poutre ou du plancher, cela peut occasionner des dommages dans l’assemblage même ou dans les éléments assemblés. Même si aucun dommage n’est observé, des efforts parasites peuvent apparaître dans les éléments, causant des déformations dommageables. La solution consiste à munir l’assemblage d’un appui coulissant ou de le concevoir comme une rotule.
Ductilité
Ductilité veut dire l’aptitude à subir des transformations plastiques sans perte substantielle de capacité de transmission des efforts. Elle est souvent chiffrée à l’aide d’un facteur de ductilité, qui indique la relation entre la déformation à l’état limite ultime et la déformation à la fin de la phase élastique. Il est toujours recommandé de concevoir et de détailler l’assemblage de telle façon qu’une rupture fragile suite à une surcharge puisse être évitée, par exemple lorsque les efforts réels ont été sous estimés. Un comportement ductile dans l’assemblage est donc souhaitable. [7]
Durabilité
La durabilité d’un assemblage dépend du risque de corrosion de l’armature ainsi que de la fissuration et de l’éclatement du béton, en tenant compte de son environnement réel.
L’acier exposé à un environnement agressif doit être pourvu d’une protection permanente, Lorsque l’acier exposé ne peut être entretenu, il doit être inoxydable.
Tolérances dimensionnelles
Des tolérances dimensionnelles sont inévitables lors de la construction d’un ouvrage préfabriqué et de la fabrication des éléments. Il faut en tenir compte dès la conception des assemblages afin d’éviter de graves problèmes lors du montage. Un exemple typique concerne la longueur d’appui des dalles préfabriqués du tablier. Tant la longueur de l’élément de tablier que l’emplacement de la structure d’appui peuvent dévier par rapport aux données de conception nominales. Ces écarts se font surtout sentir à l’endroit des appuis. Dans ce cas, les anomalies doivent être reprises par la longueur d’appui et par l’utilisation de matériaux d’appui.
Un autre principe important relatif aux écarts dimensionnels et aux tolérances est qu’il doit être possible d’adapter dans les trois dimensions tous les types de fixations afin de pouvoir aligner les éléments et les placer au bon niveau.
Résistance au feu
L’étude de la résistance au feu des assemblages comprend deux aspects. Il y a d’une part l’effet du feu sur la résistance des assemblages et d’autre part, il faut éviter la propagation du feu à travers les assemblages. Lorsque des détails d’assemblages sont directement exposés au feu, il est possible que la résistance diminue suite aux températures élevées. Ces détails d’assemblage qui sont des éléments vitaux du système de construction doivent être protégés de la même façon que les autres éléments de construction. Cette protection peut être obtenue en les enrobant de béton, ou en utilisant des matériaux de protection contre l’incendie.
Conclusion
Le pont à poutre en béton armé réaliser par des éléments préfabriqués s’est avéré la solution la plus pertinente pour notre ouvrage et c’est la solution proposé par le bureau d’étude .
Présentation de l’ouvrage
Introduction
La conception d’un pont doit satisfaire à un certain nombre d’exigences car il est destiné à offrir un service à des usagers, et pour mieux étudier une conception de telle grandeur on est charger de déterminer les principales caractéristiques concernant ce projet.
Ce projet consiste à étudier les éléments résistants d’un pont en béton armé franchissant une voie ferrée sur la RN1 au PK034+075.24 entre la wilaya de Djelfa et Laghouat. Long de 25.73m, composé d’une seule travée.
Le tablier repose sur deux culées en béton armé préfabriqué de sections pleines, en position biaise à 60°.
Données Géotechniques
Ces données, qui concernent la nature du sol et du sous-sol, sans oublier la connaissance du niveau de la nappe phréatique, sont très importantes. Leur recueil constitue une étape décisive pour le choix du type de fondations. Une étude insuffisante peut entraîner des modifications du projet ou des renforcements de la structure déjà exécutée très onéreux si le sous-sol est de nature différente de celle attendue.
Les essais géotechniques sont en général assez coûteux et le projeteur doit organiser la reconnaissance en fonction de la taille et de l’importance de l’ouvrage. Il doit d’abord les faire aux emplacements probables des appuis et recueillir les sondages qui auraient déjà été faits dans le voisinage. la reconnaissance géotechnique doit donner des indications quantitatives sur la nature des terrains rencontrés:
– paramètres mécaniques de résistance (pour les problèmes de capacité portante).
– paramètres rhéologiques (pour les problèmes de tassement et de fluage).
– compacité (pour les problèmes de terrassements).
– perméabilité (pour les problèmes d’épuisements ou de bétonnage dans les fouilles).
Dans le cas des ouvrages en haut plateau, la reconnaissance doit permettre de connaître les zones instables éventuelles, les failles et les diaclases de la matrice rocheuse et, si possible, les cheminements d’eau préférentiels qui constituent l’un des principaux facteurs d’instabilité des couches d’éboulis.
Fondations de l’ouvrage
Vu la nature des sols en présence au droit de l’ouvrage il est recommandé un type de fondations superficielles ancrées au niveau de la couche de grès rencontrés à 3,00m de profondeur par rapport au terrain naturel.
La campagne d’investigation au moyen de sondage carotté de 10 m de profondeur a permis de relever une formation de sable enrobant des galets, reposant sur des grès à l’état de roche altéré, au “1,50-3,00” et “7,50-10,00”.
L’estimation de la contrainte admissible en considérant les caractéristiques des couches rencontrées en fin de sondage (pression limite variant de 50.25 à 70.66 bars,). avec une contrainte admissible de 3 bar Vu la nature géologique des sols en place ( rocheux); aucun tassement n’est à craindre.
Recommandations de LCTP
Il est recommandé de prévoir un assainissement efficace des eaux pluviales pour empêcher toute stagnation, inondation ou venue d’eau vers les fondations de l’ouvrage.
Recueil des données naturelles
La visite des lieux par l’ingénieur est une étape essentielle du projet. Cette visite a permet de situer le terrain et d’apprécier sa topographie visuelle, en effet le terrain ne présente pas une déclivité.
Données Topographique
Il convient de disposer d’un relevé topographique et d’une vue en plan du site indiquant les possibilités d’accès, ainsi que les aires disponibles pour les installations du chantier, les stockages, etc. Notre ouvrage se trouve au PK 034+075.24 sur la RN.1 et traverse une voie ferrée .
Données relatives à l’obstacle franchi
L’ouvrage projeté franchit une voie de communication représentée par deux voies ferrées et donc il convient de respecter les caractéristiques fonctionnelles relatives à ces voies. Dans la plupart des cas, il s’agit de respecter certaines hauteurs libres et certaines ouvertures.
Gabarits et hauteurs libres pour les ouvrages routiers
Le gabarit est une grandeur associée au véhicule elle caractérise sa hauteur statique maximale, chargement compris, dont le passage peut être accepté, dans des conditions normales de circulation, sous un ouvrage. Le gabarit maximal des wagons pour la voie ferrée est limité à 5,93m.
Prédimensionnement
Prédimensionnement du tablier
A partir des caractéristiques de l’ouvrage telle que la portée, on peut déterminer les dimensions de la section en béton.
largeur du tablier
La largeur est la même que celle de la route existante, notre chaussée est composée de deux voies chacune de 4,50 m de largeur et limitée par deux trottoirs de 1,37m chacun de part et d’autre de la chaussée. Donc la largeur du tablier est de 11,74m.
longueur des travées
Nous avons une seul travée longue de 22,75m séparée de la dalle de transition par des joints de 10cm .
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Table des matières
Introduction
Chapitre I: Préfabrication des ponts
I.1. Introduction
I.2. Les ponts à poutres
I.3. Notion de la préfabrication dans la construction
I.3.1 Définition de la préfabrication
I.3.2. Histoire et développement
I.4. Différents types d’installation de préfabrication
I.4.1. Atelier précaire
I.4.2. Atelier forain
I.4.3. Usine fixe
I.5. Différentes classes de préfabrication
I.5.1. La préfabrication légère
I.5.2. La préfabrication lourde
I.6. Atouts des produits préfabriqués en béton
I.7. Les éléments préfabriqués
I.7.1. Poutres préfabriquées
a. Types de poutres
b. Procédés
I.7.2. Appuis préfabriqués
I.7.3. Tablier
I.8. Technique de fabrication
I.9. Assemblages des éléments préfabriqués
I.9.1. Critères de conception
I.9.2. Comportement constructif
I.9.3. Tolérances dimensionnelles
I.9.4. Résistance au feu
I.10. Conclusion
Chapitre II: Présentation de l’ouvrage
II.1. Présentation de l’ouvrage
II.1.1. Introduction
II.1.2. Données Géotechniques
a. Résultats des investigations
b. Fondations de l’ouvrage
c. Recommandations de LCTP
II.1.3. Implantation et caractéristiques de l’ouvrage
a. Tracé en plan
b. Profil en long
c. Profil en travers
II.1.4. Recueil des données naturelles
II.1.5. Données relatives à l’obstacle franchi
II.1.6. Gabarits et hauteurs libres pour les ouvrages routiers
II.2. Prédimensionnement
II.2.1. Prédimensionnement du tablier
a. Largeur du tablier
b. Longueur des travées
c. Prédimensionnement des poutres
II.2.2. Prédimensionnement des culées
II.3. Charges et surcharges
II.3.1. Evaluations des charges permanentes
a. poids propre de la superstructure
b. poids propre de la dalle
c. poids propre des poutres
d. poids propre de la poutre de clavetage
e. poids propre des culées
II.3.2. Evaluations des surcharges
II.3.3. Système de charge A(L)
II.3.4. Système de charges B
a. Système Bc
b. Système Br
c. Les coefficients de majoration dynamiques
II.3.5. Système de charge militaire
II.3.6. Système de surcharges exceptionnelles
II.3.7. Surcharges sur les trottoirs
a. Charges locales
b. Charges générales
II.3.8. Charge du vent
II.3.9. Effort de freinage
a. Effort de freinage dû à Al
b. Effort de freinage dû à BC
II.3.10. Gradient thermique
II.3.11. Force centrifuge
II.3.12. Charge séismique
Chapitre III: Etude statique et dynamique(Modélisation)
III.1. Introduction
Modélisation par logiciel
Condition d’appui
III.2. L’étude statique
III.2.1. Les poutres
a. Poutre (section médiane)
b. Poutre (section d’about)
III.2.2. Les montants
III.2.3. Les semelles
a. Semelle extérieur
b. Semelle intérieur
III.2.4. La dalle
III.3. L’étude dynamique
III.3.1. Actions sismique
III.3.2. Classification de l’ouvrage
III.3.3. Classification des zones sismique
a. Détermination de la zone
b. Coefficient d’accélération de zone
c. Classification de site
III.3.4. Détermination des actions sismiques
a. Spectre de réponse élastique
III.3.5. Les combinaisons des composantes de l’action sismique
III.3.6. Récapitulation des résultats à l’état limite ultime accidentel (ELU acc)
III.4. Conclusion
Chapitre IV: Etude et ferraillage
IV.1. Introduction
IV.2. Ferraillage des poutres
IV.2.1. Poutre médiane
a. Ferraillage par SOCOTEC
b. Ferraillage de la poutre médiane (à main)
IV.2.2. Poutre d’about
IV.3. Ferraillage des montants
IV.3.1. Montant supérieur
IV.3.2. Montant inférieur
IV.4. Ferraillage des semelles
IV.4.1. Semelle extérieur
IV.4.2. Semelle intérieur
IV.5. Ferraillage de la dalle
IV.6. Ferraillage du clavetage
IV.7. Ferraillage de la dalle de transition
IV.6. Conclusion
Chapitre V: Vérification de la stabilité de la culé
V.1.Introduction
V.2. Vérification de la stabilité
V.2.1. Culée non chargée
V.2.2. Structure à vide
V.2.3. Structure en service
a. ELU combinaison fondamental : 1,35G+1,5Q+1,6A(L)+1,6Qf
b. ELS combinaison fondamental : G+Q+ 1,2 A(L)+1,2Qf
c. Combinaison accidentelle : G+Q+0,6A(L)+Qf+Qs
V.3. Conclusion
Chapitre VI : Etude du mur de soutènement.
VI.1. Introduction
VI.2. Prédimensionnement
VI.2.1. Prédimensionnement de la Paroi
VI.2.1. Prédimensionnement de la semelle du mur
VI.2. Modélisation
VI.3. Condition d’appui
VI.4. Charge et surcharge
a. Poids des terres
b. Poussée des terres
c. Butée des terres
d. Surcharge remblai
VI.5. Combinaisons d’action
VI.6. Les sollicitations du mur de soutènement
VI.7. Ferraillage des parois
VI.8. Ferraillage de la semelle
VI.9. Ferraillage du radier
VI.10. Conclusion
Conclusion générale
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