Infrastructures1 Présentation générale______________________________________________5 1.1 But de l’étude_________________________________________________________6 1.2 Caractéristiques de l’ouvrage________________________________________7 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 1.3 Largeur du tablier_____________________________________________________________7 Largeur roulable______________________________________________________________8 Largeur chargeable___________________________________________________________8 Classe du pont________________________________________________________________8 Nombre de voie_______________________________________________________________8 Longueur du pont_____________________________________________________________8 Donnés naturelles_____________________________________________________9 1.3.1 Données géotechniques_______________________________________________________9 1.3.2 Données hydrauliques________________________________________________________9 2 CONCEPTION DE L’OUVRAGE D’ART______________________________10 2.1 Choix de la variante__________________________________________________11 2.1.1 Les variantes envisagées____________________________________________________11 3 DEFINITION ARCHITECTURALE DE LA VARIANTE RETENUE______15 3.1 Choix du système de poutres_______________________________________16 3.2 Conception de l’ouvrage_____________________________________________16 3.2.1 Conception longitudinale de l’ouvrage_______________________________________16 3.2.2 Conception transversale de l’ouvrage________________________________________21 4 Définition des charges et surcharges____________________________27 4.1 Règlements et normes pour les calculs____________________________28 4.1.1 Matériaux utilisés____________________________________________________________29 4.2 Définition des charges et surcharges_______________________________34 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.3 Charges permanentes et les compléments des Charges permanentes________34 Charges d’exploitation_______________________________________________________37 Retrait du béton_____________________________________________________________44 Fluage du béton_____________________________________________________________47 Force de freinage____________________________________________________________49 Actions thermiques__________________________________________________________49 Actions dus au vent__________________________________________________________53 COMBINAISONS D’ACTIONS ET CALCUL DES STRUCTURES________57 4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 Situations du projet__________________________________________________________57 Notations et généralités_____________________________________________________58 Combinaisons ELU autres que celles de fatigue_______________________________59 Combinaisons ELS autres que celles de fatigue_______________________________59 1 Infrastructures 4.4 Modélisation__________________________________________________________60 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 Revit_________________________________________________________________________60 ROBOT millenium____________________________________________________________60 La modélisation______________________________________________________________62 Calcul des efforts____________________________________________________________62 Calcul de la section mixte____________________________________________________63 Equipement de pont_________________________________________________________63 Infrastructures_______________________________________________________________75 Figure 1: Localisation de l'ouvrage._______________________________________________________5 Figure 2 : Plan de situation de l'ouvrage._________________________________________________6 Figure 3 : Coupe transversale du pont.___________________________________________________7 Figure 4 : Pont en Arc en béton armé sur la Rance.______________________________________10 Figure 5 : Pont suspendu Golden Gate Bridge (San Francisco).__________________________11 Figure 6 : Schéma statique._____________________________________________________________15 Figure 7 : Éléments structuraux d’un pont-mixte._______________________________________16 Figure 8 : Éléments porteurs de la superstructure.______________________________________16 Figure 9 : Les caractéristiques géométriques d’une section en I. (2)_____________________17 Figure 10 : Les dimensions (en mm) des________________________________________________19 Figure 11 : Les dimensions (en mm) des poutres sur appui_____________________________19 Figure 12 : Bipoutre à entretoises.______________________________________________________20 Figure 13 : Les principaux Eurocodes utilisés pour le calcul d’un pont mixte.____________27 Figure 14 : Ordre de bétonnage des plots du hourdis en béton.__________________________30 Figure 15 : Répartition des charges.____________________________________________________33 Figure 16 : Détails des superstructures._________________________________________________35 Figure 17 : Découpage de la chaussée en voie conventionnelle._________________________37 Figure 18 : Application du Modèle de Charge 1__________________________________________39 2 ________________________________________________________62 Figure 29 : schéma représentatif de la rotation d’extrémité.___________________________61 Figure 27 : Joints de chaussée.________________________________61 Figure 25 : Diagramme des moments sous la combinaison la plus défavorable (ELU6)._______________________________________________________64 Figure 31 : Appareil d’appui en élastomère fretté._______________________________________________________________62 Figure 28 : Définition du souffle.____________________60 Figure 24 : Diagramme des moments sous poids propre.Infrastructures Figure 19 : Disposition des voies de circulation pour le calcul de la poutre n°1.______________________________82 Figure 34 : Coupe longitudinale du ferraillage type de SETRA._________________________________________63 Figure 30 : Joint de chaussée type FT150._________________________________________________________________________________41 Figure 22 : Corrélation entre les températures minimales/maximales de l’air sous abri (Tmin/Tmax).___________________________________________________________________________49 Figure 23 : Modélisation graphique du pont à l’aide de ROBOT 2015.________________________83 3 .____________________________________________79 Figure 33 : Pré dimensionnement de la dalle de transition.___________________________83 Figure 35 : Coupe transversale du ferraillage type de SETRA.____________________________________40 Figure 21 : Chargement du tablier par la charge uniformément répartie UDL et la charge sur le trottoir._______________________________________66 Figure 32 : Éléments de la culée remblayée.__________40 Figure 20 : Chargement du tablier par le tandem TS.__61 Figure 26 : Diagramme des moments à l’ELS caractéristique. l’homme construit les ponts qui étaient primitifs ne supportant qu’une circulation piétonne ou des besoins locaux simples (franchissement d’une rivière par exemple) et leur construction ne faisait appel qu’aux matériaux trouvés en place : bois. un pont demeure la solution adéquate pour franchir une dépression ou un obstacle et assurer le passage d'hommes et de véhicules mais sa conception résulte 4 . pierres… Aujourd’hui.Infrastructures INTRODUCTION Depuis toujours. Ce travail concerne conception. dont l’objectif est l’optimisation économique de l’ouvrage projeté vis-à-vis l’ensemble des contraintes naturelles et fonctionnelles imposées. Ici. A vrai dire. le dimensionnement peut être fait par deux méthodes : La méthode des anciens règlements et celle des Eurocodes. la modélisation et le dimensionnement d'un pont mixte bipoutre. Nous allons s'appuyer à la méthode des Eurocodes. tout en intégrant un certain nombre d’exigences de qualité architecturale et paysagère. 5 .Infrastructures plutôt d’une démarche itérative. Infrastructures 1 PRÉSENTATION GÉNÉRALE 6 . Ce choix sera basé sur une comparaison selon des critères économiques et environnementaux. commune de Cocody Abidjan (figure 1). . Présentation de l’ouvrage Il s’agit d’un pont au niveau du septième-neuvième tranche.1 BUT DE L’ÉTUDE Ce mémoire de fin d’études porte sur la conception et l’étude d’un pont au niveau du septième-neuvième tranche.Infrastructures 1. commune de Cocody Abidjan. Pour ce faire trois variantes seront présentées en vue de choisir la solution optimale. 7 . Figure 2 : Plan de situation de l'ouvrage. Le pont conduit vers l’hôpital d’Angré d’un côté et vers le boulevard des Martyrs de l’autre côté. 8 .Infrastructures Figure 1: Localisation de l'ouvrage. d’un de 2 cotés et de barrière de 0. 1.5 m . elle comprend.5 m 3. (1) 9 . bande d'arrêt.5+ 3.5+1.1 m Soit LTablier =10.1 LARGEUR DU TABLIER La section transversale est composée de 2 voies de circulation chacune de trottoir franchissant de 1.5+0.3 LARGEUR CHARGEABLE La largeur chargeable se déduit de la largeur roulable . (1) sécurité de 2 côtés de type BN4 de D’où la largeur totale est : LTablier =0.5+3.en conservant cette même largeur roulable dans le cas contraire.2 CARACTÉRISTIQUES DE L’OUVRAGE 1.Infrastructures 1.en enlevant une bande de 0.6 m .4 CLASSE DU PONT Lr=7 m Le pont est de la première classe.5=10.2. proprement dite toutes les surlargeurs éventuelles telles que bande dérasée.5=8−2 ×O .2.2. . etc… (1) Lr=8 m 1. 5=7 m.6+ 0.2 LARGEUR ROULABLE La largeur roulable est définie comme étant la largeur comprise entre dispositifs de retenue ou bordures. (1) Lc =Lr−2× O. .5 m .5 m le long de chaque dispositif de retenue (glissière ou barrière) lorsqu'il en existe . donc outre la chaussée.2.1 m 1. espace libre de 0. 10 30 m .Infrastructures 1. La cote des plus hautes eaux (PHE) est de 87.6 L=110 m Lr =2 voies .2. (1) Figure 3 : Coupe transversale du pont.2 DONNÉES HYDRAULIQUES Aucun réseau hydrologique n’est présent à côté du site . 3 ( ) (1) LONGUEUR DU PONT avec trois travées dont les deux de rive ont chacune une portée de et celle intermédiaire d’une portée de 50 m .5 NOMBRE DE VOIE N=E 1. 1.3.42 m.1 DONNÉES GÉOTECHNIQUES L’ouvrage sera implanté sur un sol sablo argileux. 1.3.3 DONNÉS NATURELLES 1.2. Infrastructures 2 CONCEPTION DE L’OUVRAGE D’ART 11 . et les exigences naturelles qui sont les ensembles des éléments de son environnement déterminant sa conception. 12 .1 CHOIX DE LA VARIANTE Il faut tout d’abord connaître à la fois l'ensemble des contraintes à respecter et l'ensemble des types d'ouvrages envisageables. Ainsi.Infrastructures La conception d’un pont doit satisfaire à un certain nombre d’exigences du fait qu’il est destiné à offrir un service à des usagers. il est indispensable de faire différentes études qui vont permettre de répondre à ces exigences. Pour entamer. il est nécessaire de justifier la variante principale de notre projet. On distingue les exigences fonctionnelles qui sont l’ensemble des caractéristiques permettant au pont d’assurer sa fonction d’ouvrage de franchissement. 2. 1 LES VARIANTES ENVISAGÉES à arcs en béton armé . On ne peut pas opter pour le choix du pont en béton précontraint car celui-ci est assez lourd pour notre sol (sol de mauvaise qualité : voir rapport géotechnique) et sa réalisation demande beaucoup de temps alors que le projet doit être réalisé dans des courtes durées vue la nécessité socio-politique de la liaison entre la 7ème et 9ème tranche. 13 . 2.1. Il est porté par deux arcs latéraux par l’intermédiaire de poteaux. Une bonne ordonnance de la structure. d’autre part les ponts en béton armé (à poutre ou dalle) nécessitent un nombre élevé de piles d’où cette variante est à rejeter .1.1. capable de résister aux poussées qu’il engendre.1. Figure 4 : Pont en Arc en béton armé sur la Rance. Ce type de pont ne peut être envisagé que s’il peut prendre appui sur un rocher.1 Avantages - Esthétique Des bonnes proportions et reflète une certaine harmonie dans l’espace . en arcs en béton armé.Infrastructures Notre pont se situe dans un coude il faut alors éloigner au maximum l’emplacement de la culée.1 Pont Pont Pont Pont 2. 2.1.1. suspendu . Pont à arcs en béton armé Le pont en arc est un système porteur de tablier. mixte acier béton . 3 Conclusion partielle Sur notre site.1. les inconvénients nous obligent à faire face à des problèmes dont les solutions semblent être improbables. on constate l’inexistence de rocher pour que l’ouvrage puisse prendre appui. Ces ouvrages sont conseillés surtout si le sol est de bonne qualité.1 Avantages 14 . 2. l’idée d’un pont à arcs en béton armé est à rejeter.1. ce qui n’est pas le cas pour notre site d’ouvrage.1.1.2 Pont suspendu Pour ce type de pont. malgré les avantages que ce soit techniquement ou esthétiquement.1.1. 2. De plus. Figure 5 : Pont suspendu Golden Gate Bridge (San Francisco).1. 2.1. 2.Infrastructures - Technique Structure appropriée au franchissement de vallée encaissée ou de gorges profondes . Les matériaux peuvent être fournis localement. le poids du tablier est maintenu par deux câbles porteurs solidement arrimés aux berges.2. Ainsi.1.1.2 Inconvénients - - Les entreprises locales ne maitrisent pas encore les deux principales techniques de construction à savoir la construction en encorbellement position et la construction à la verticale avec basculement des deux arcs en position . 1.1 Avantages - Hauteur et poids propre inférieurs . il s’avère que la conception d’un pont suspendu n’est pas la solution adéquate pour ce projet. près des appuis .2. 2.Infrastructures - - Libération totale de l’espace inférieur grâce au portage du tablier par suspension. Gain du temps de construction . Élancement exceptionnel du tablier.1. nécessaire pour le franchissement de fleuves aux gabarits de navigation exceptionnel ou de brèches larges ou profondes . le site ne possède pas de massif d’ancrage et les matériels principaux n’existent pas localement. Les matériels principaux n’existe pas localement (Abidjan) . 2. Réduction de la perturbation du trafic. 2.1. Une mauvaise étude de l’effet du vent peut causer l’effondrement de l’ouvrage.1.3.1.3 Conclusion partielle En faisant l’analyse. Une plus grande simplicité et plus grande facilité de construction. notamment dans la partie inférieure. Le remplacement des câbles s’avère un travail très dur et fastidieux . Utilisation plus simple et plus efficace des systèmes continus. En effet. surtout dans les situations difficiles (ponts très élevés ou avec une courbure horizontale …) . 2.1.3 Pont mixte acier béton Cette structure est caractérisée par l’association d’une ossature métallique et d’une dalle en béton armé par l’intermédiaire de connecteurs empêchant le glissement et le soulèvement de la dalle par rapport à l’ossature.2. 15 .1. Diminution des problèmes environnementaux . - Vis-à-vis des ponts en béton Vis-à-vis des ponts en acier Une plus grande rigidité .1.2 Inconvénients - Nécessite l’existence de massifs d’ancrage imposants et lourds sinon le coût du projet va croitre considérablement . 1.1. Diminution des éléments secondaires de contreventement .2 Inconvénients - Importation des matériaux métalliques . 2.4 Conclusion On déduire que la variante la plus adéquate notre projet est le pont mixte bipoutre. De plus. Nécessité d’entretien périodique.3.Infrastructures - Meilleure durabilité et maintenance plus aisée . 16 . Moins coûteux.1. plusieurs entreprises locales ont la capacité de concevoir ce type de pont.1.1.3. Celle-ci sera prise donc comme la variante à étudier d’une manière détaillée plutard.1. la morphologie du site ne pose aucun problème pour sa réalisation. 2. 2. En effet. la construction d’un pont mixte acier béton semble faisable techniquement.3 Conclusion partielle Malgré quelques inconvénients. Infrastructures 3 DEFINITION ARCHITECTURALE DE LA VARIANTE RETENUE 17 . - Solution économique et durable . Réduction du nombre d’appareils d’appui . Entretien aisé . Réduction importante de la quantité de soudures . Il n’est donc utilisé que dans des cas précis par exemple : pour une largeur de tablier supérieure à 25 m ou dans le cas d’une contrainte d’épaisseur du tablier (avec 4 poutres le tablier sera plus fin qu’avec 2 poutres). Ce type de pont est plus coûteux. 3. Les ouvrages multi-poutres Sont composés de plusieurs poutres principales reliées par des entretoises. Meilleure maitrise des réactions d’appui pour les ouvrages lancés ou montés par grue . Lancement de deux poutres seulement au lieu de multiple lancement de deux poutres .1 CHOIX DU SYSTÈME DE POUTRES La solution de pont bipoutre est proposée plutôt qu’une solution multi-poutres classique ou même qu’un ouvrage mixte de type caisson puisque la solution bipoutre offre plusieurs avantages. les multi poutres et les caissons. il existe plusieurs gammes de structures métalliques : les bipoutres mixtes. En effet. Réduction des nombre d’opération si les poutres sont posées à la grue . Limitation du nombre d’opération lors de la construction et du temps de construction. Toutefois ils peuvent être adoptés pour des considérations esthétiques ou par rapport à l’espace disponible pour la réalisation des appuis. 18 .Infrastructures Pour le pont mixte acier béton. Les ouvrages mixtes de type caisson Sont beaucoup plus rares que les ouvrages à poutres. ils sont plus complexes et donc plus couteux à réaliser et à entretenir. 1 CONCEPTION LONGITUDINALE DE L’OUVRAGE Détermination de la portée de chaque travée Pour la portée des ponts mixtes. (1) Schéma (Hyperstatique) Hauteur Constant Hauteur variable 19 ci-dessous . En tenant compte de l’aspect architectural. on choisit une structure symétrique à 3 travées. Élancement L’élancement économique des bipoutres mixtes varie selon le schéma mécanique de l'ouvrage (travées indépendantes ou continues).Infrastructures 3. Les valeurs optimales de l’élancement indiquées dans correspondent au rapport optimal des portées de l'ouvrage. et sa géométrie (rapport des portées. cet ouvrage est assez représentatif de l’ensemble des bipoutres routiers mixtes puisqu’il est composé de 3 travées avec une travure bien équilibrée sont environ égales à 30 – 50 – 30 (les travées de rives 0.2.6 fois la travée centrale). Figure 6 : Schéma statique. En effet. elle va de indépendantes et de 30 à 110 m 25 à 90 m pour les travées pour les travées continues. hauteur constante ou variable).2 CONCEPTION DE L’OUVRAGE 3. le tableau Tableau 1 : Valeurs optimales de l'élancement. Infrastructures 1 « » 28 e= H 1 = L 28 H= 1 ∗50=1.1 Définition et Pré dimensionnement des Éléments Structuraux L’étape de pré dimensionnement donnera une idée des dimensions des éléments constitutifs du pont. tels que : la charpente métallique et le tablier.1. 20 .25 m D’où le choix de travée hyperstatique d’hauteur constante.2. 3.78 m 28 Sur appui « à mi. Figure 7 : Éléments structuraux d’un pont-mixte.1.travée 1 » 25 e= « 1 1 à » 40 50 H 1 = L 25 H= 1 ∗50=2m 25 1 m< H <1. Figure 8 : Éléments porteurs de la superstructure.Infrastructures La figure ci-dessous montre les différents éléments porteurs constituants la superstructure d’un pont mixte bipoutre. Les poutres maîtresses Les poutres maîtresses sont des profilés reconstitués soudés (P. A noter que le système formé de la dalle et les poutres maitresses est appelé tablier du pont. ou des profils présentant une forme particulière (poutre à inertie variable).R. 21 . les poutres maitresses avec les connecteurs et les entretoises. On distingue la dalle. Le contreventement fait également partie de la superstructure. La figure 9 montre les caractéristiques géométriques de la section d’une poutre maîtresse.S) : Cette technique est employée pour obtenir des profils sortant de la gamme des PCC (très grands I par exemple). Infrastructures Avec : - h : hauteur de la poutre . hw 22 .