Ponts a poutres portée moyenne (entre 30 à 60 m)
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| Ponts a poutres portée moyenne (entre 30 à 60 m) |
1 - Structures de portée moyenne
Ces structures comportent des portées comprises entre 30 et 60 m. Elles sont réalisées sous la forme d'ouvrages à travées indépendantes ou continues, constitués d'une dalle supportée par des poutres sous chaussée de hauteur constante. Ces poutres peuvent être réalisées en béton précontraint ou en charpente métallique.1.1 - Ouvrages à travées indépendantes
Ces ouvrages sont généralement réalisés en béton précontraint, la portée des poutres excédant rarement 50 m.
Ils sont essentiellement constitués de poutres précontraintes à âme mince (18 a 20 cm), dont la hauteur, située entre le 1/16 et le 1/25 de la portée, est constante, écartées de 2 à 4 m entre axes, reliées en tête par un hourdis de 18 à 20 cm d'épaisseur, également précontraint transversalement.
Ces poutres sont généralement associées entre elles par des entretoises précontraintes, formant ainsi un grillage de poutres croisées, augmentant la rigidité de l'ouvrage et répartissant transversalement les charges entre les différentes poutres.
Une simplification consiste à supprimer ces entretoises et à demander au hourdis de transmettre les efforts dissymétriques d'une poutre à l'autre. Les poutres présentent un talon pour supporter l'importante compression en partie inférieure, lorsque l'ouvrage n'est pas surcharge.
La forme de ce talon a été étudiée pour permettre un bétonnage aisé de la poutre sur toute sa hauteur, sans arrêt de coulage, permettant ainsi d'avoir le bénéfice intégral de la résistance à la traction du béton, nécessaire pour résister en sécurité aux faibles contraintes de traction développées par l'effort tranchant.
Les câbles sont groupés en travée dans le talon et se relèvent successivement dans l'âme pour Assurer la résistance à l'effort tranchant. La forme du talon permet le relevage aisé de ces câbles. De cette façon, certains câbles sont tirés en bout, d'autres en hourdis. Le hourdis supérieur est précontraint transversalement par des câbles sensiblement rectilignes. Les abouts de poutres destinés à recevoir les compressions localisées dues aux ancrages de câbles sont en général préfabriqués, ce qui leur permet d'être plus âgés, donc plus résistants que le corps de la poutre au moment de la mise en précontrainte, et de positionner parfaitement les dispositifs d'ancrage.
Les poutres supportant la dalle de roulement peuvent aussi être réalisées en charpente métallique. Malheureusement, contrairement aux ouvrages tout béton, cette dalle n'intervient généralement pas dans la résistance d'ensemble de l'ouvrage.
Dans les ouvrages métalliques, elle représente la plupart du temps un poids mort : il est en effet difficile de la faire participer à la résistance, sauf en prenant des dispositions spéciales (connecteurs de cisaillement entre le métal et le béton armé). C'est pourquoi la solution la plus moderne consiste à réaliser un platelage en tôle, convenablement raidi par des renforts soudés à sa face inférieure et pouvant, de ce fait, intervenir dans la résistance de la poutre. Ce platelage, appelé "dalle orthotrope" reçoit directement la couche de roulement mince en béton bitumineux.
Dans le cas de la dalle orthotrope, on dispose sous la tôle formant platelage des raidisseurs métalliques soudés entre pièces de pont et formant ainsi longerons.
1.2 - Ouvrages à travées continues
Lorsque l'ouvrage présente plusieurs travées indépendantes, on dispose entre les extrémités de deux tabliers adjacents ainsi qu'au raccord avec les culées des joints de chaussée permettant d'assurer la continuité du roulement.
Ces joints très coûteux sont soumis à des efforts considérables sur les chaussées à grands trafic et sont de ce fait d'un entretien très coûteux (par exemple : Viaduc du Pare des Expositions du Boulevard Périphérique à Paris).
Ces joints sont supprimés (à l'exception de ceux d'extrémité) dans le cas d'ouvrages continus c'est le premier avantage de la continuité.
La continuité présente, en outre le gros intérêt de réduire la valeur maximale des moments fléchissant, et donc de ce fait, l'épaisseur des tabliers.
Examinons l'économie apportée par un encastrement au moins partiel de la travée à ses extrémités.
Pour un grand pont, en effet, on proportionne la résistance de chaque section (béton et aciers) aux efforts de flexion maximaux qu'elle est appelée à supporter. En négligeant l'effet de l'effort tranchant, le coût de l'ouvrage varie donc dans le même sens que la surface intérieure à la courbe des moments.
Prenons par exemple le cas d'une charge concentrée au milieu de la portée.
soit la moitié de la précédente.
Ce raisonnement est évidemment simpliste mais il montre cependant l'intérêt de la continuité. De plus les appuis doubles sur les piles intermédiaires disparaissent; de ce fait, leurs épaisseurs peut diminuer puisqu'elles ne sont plus soumises qu'à des efforts centrés. Leurs fondations sont également plus économiques.
La seule objection qu'on est tenté d'opposer à cette technique est celle concernant les risques crées par un tassement éventuel d'appui.
Il ne faut pas exagérer ce risque, car la mécanique des sols permet actuellement de prévoir avec suffisamment de précision les tassements éventuels. D'autre part, si ce risque est envisageable, on peut toujours prévoir un dispositif de remise à niveau des appuis, à l'aide de vérins. De plus, le béton précontraint permet de réaliser des ouvrages en général minces, et, de ce fait, peu sensibles aux tassements différentiels. Enfin, les tassements étant généralement lents, il se produit une adaptation par fluage du béton comprimé, qui diminue fortement les moments parasites crées par les tassements différentiels.
La forme de la section droite des poutres doit évidemment tenir compte de la présence des moments négatifs sur appuis. C'est pourquoi, généralement, on fait appel, aussi bien en béton précontraint qu'une construction métallique, à une section en caisson procurant sur appui une inertie importante. En outre la résistance à la torsion d'un tel profil permet de simplifier les entretoisements.
Dans le cas de la charpente métallique, cette solution exige des précautions particulières pour raidir les tôles minces employées pour réaliser les parois du caisson, afin d'éviter leur ruine par flambement ou voilement. C'est à de tels phénomènes d'instabilité élastique qu'il faut attribuer la chute récente d'ouvrages importants (pont de Milford Haven au pays de Galles en 1970 et pont de Coblence en 1971).
En revanche, du fait des épaisseurs plus importantes employées pour résister aux efforts, une telle solution est parfaitement adaptée au béton précontraint, ce qui conduit à des formes très pures.