Ouvrages d’Art Innovation et développement durablepiles.cerema.fr/IMG/pdf/Integral_Bridges_2012_cle6d2116.pdf · 2012-05-25 · Ouvrages d’Art Innovation et développement durable

Ouvrages d’Art

Innovation et développement

durable

Service d’études sur les transports, les routes et leurs aménagements

www.setra.developpement-durable.gouv.fr

T. KRETZ Centre des techniques ouvrages d’art

2 2

2

Innovation et OA

24 janvier 2012

Innovation et Développement Durable

Les ponts intégraux et semi-intégraux Définition

Intérêt Les pratiques à l’étranger (et en France) La conception Exemple de projet en cours Conclusion

3 3

3

Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts semi-intégraux : suppression des appareils d’appui

Les ponts intégraux et semi-intégraux : définition

Source : OFROU – Thèse n°4880 D. DREIER (2010)

Innovation

4 4

4

Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts semi-intégraux : suppression des joints de dilatation

Les ponts intégraux et semi-intégraux


Source : US Design of Semi-Integral Bridges

Innovation

5 5

5

Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : suppression des joints de dilatation et des

appareils d’appui


Innovation

Les ponts intégraux et semi-intégraux : définition

6 6

6

Innovation et OA

24 janvier 2012

Innovation

1) Réduire le cout de construction : - suppression des joints de dilatation (expansion joints) - suppression des appareils d’appui (bearings) 2) Réduire la maintenance - couts directs : - élimination de la maintenance des éléments

mécaniques (joints et appareils d’appui) - élimination des désordres sur les abouts de tablier - couts indirects : - gêne à l’usager lors des opérations de maintenance 3) Réduire les nuisances sonores

Les ponts intégraux et semi-intégraux : intérêt

7 7

7

Innovation et OA

24 janvier 2012

Réduire la maintenance : les joints de chaussée

Innovation

Photos : CG54


8 8

8

Innovation et OA

24 janvier 2012

Réduire la maintenance : les joints de chaussée

Innovation

Photos : CG54


9 9

9

Innovation et OA

24 janvier 2012

Réduire la maintenance : les appareils d’appui

Innovation

Photos : CG54


10 10

10 Innovation et OA

24 janvier 2012

Réduire la maintenance : les appareils d’appui

Innovation

Photos : CG54


11 11

11 Innovation et OA

24 janvier 2012

Innovation

Réduire la maintenance : les abouts de ponts

Photos : CG54


12 12

12 Innovation et OA

24 janvier 2012

Innovation

Réduire la maintenance : les abouts de ponts

Photos : CG54


13 13

13 Innovation et OA

24 janvier 2012

Pratiques très répandues et courantes : - USA (précurseurs) - Canada - UK Peu répandu ou en développement : - Suisse - Suède - Australie - Allemagne - Finlande - Japon - Inde - Pologne

Innovation

Les ponts intégraux et semi-intégraux : les pratiques

14 14

14 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : USA

- 1ers ponts intégraux construits aux USA : 1938 – Ohio (dès les années 20 au Colorado?)

- Chaque état fixe les domaines d’emploi de ce type de structures de plus en plus répandues

Innovation

SR 7 Teens Run Bridge at Eureka in southeastern Ohio – Source


15 15

15 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Integral And Jointless Bridges – FHWA Conference 2005


16 16

16 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Source : « A survey ont the status of use, problems and costs associated with Integral Abutment Bridges » - A. Paraschos, A.M. Amde - 2009


17 17

17 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : USA Domaine d’emploi dans différents états US

Innovation

Source : Final Report INTAB - 2010


18 18

18 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : USA Domaine d’emploi dans différents états US

Innovation

State Route 50Bridge over Happy Hollow Creek – Tennessee – 1175feet long (358 m)


19 19

19 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : USA Principe de conception US

Innovation


20 20

20 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : USA Principe de conception US : Illinois - 2009

Innovation


21 21

21 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : Canada Pont Doherty sur Autoroute A50 – Source Dessau-Soprin Inc.

Innovation


22 22

22 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation


23 23

23 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation


24 24

24 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : UK

- Design Manual for Roads and Bridges

- Volume 1 – Section 3 Part 12 : Conception des ponts intégraux (BA42/96 Amendment 1)

- Recommande de concevoir tous les ponts de longueur < 60m et de biais < 30° en ponts intégraux

Innovation


25 25

25 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : UK

- Design Manual for Roads and Bridges - Volume 1 – Section 3 Part 12 : Conception des ponts

intégraux (BA42/96 Amendment 1)

Innovation


26 26

26 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : UK Source : Composite Highway Bridge Design - Steelbiz

Innovation


27 27

27 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : Inde - Meilleure résistance aux séismes (appareils d’appui = point

faible)

Innovation

Destruction d’un AA métallique Endommagement de la structure au niveau d’un AA


28 28

28 Innovation et OA

24 janvier 2012


faible)

Innovation

Kuala Lumpur International Airport – Travées de 25m– Long.175m


29 29

29 Innovation et OA

24 janvier 2012


faible)

Innovation

Kuala Lumpur International Airport – Travées de 25m– Long.175m


30 30

30 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : Allemagne - Pas de règles établies ni de guide de conception - Peu répandu à ce jour (ponts prototypes)

Innovation

Pont n°5 sur autoroute B14 près de Winnenden – Art. Beton und Stahlbetonbau 99 (2004)


31 31

31 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : Allemagne - Pas de règles établies ni de guide de conception - Peu répandu à ce jour (ponts prototypes)

Innovation

Projet pont à Sersheim – Art. Beton und Stahlbetonbau 99 (2004)


32 32

32 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : Allemagne

Innovation



33 33

33 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : Allemagne

Innovation

Source : INTAB Design Guide - 2010


34 34

34 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : autres pays - Finlande : limité aux ponts de 35m de portée sous trafic

normal et 45m sous trafic faible - Suède : usage courant pour les faibles longueurs, peu

courant pour les longueurs moyennes (20-60m) - Pologne : pas de recommandations ni de long. limite, usage

peu répandu. Intérêt pour les petites et moyennes longueurs. - Japon : domaine de l’innovation

Innovation



35 35

35 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : la France - Les cadres - Les portiques - Les portiques double

Innovation

Pont D400.150 sur A31 : 2 travées de 43 m de portées biaises


36 36

36 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Pont D400.150 sur A31 : 2 travées de 43 m de portées biaises


37 37

37 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Pont D570.121 sur RD674 : 2 travées de 12m env. – pont courbe sur giratoire


38 38

38 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Pont D570.121 sur RD674 : 2 travées de 12m env. – pont courbe sur giratoire


39 39

39 Innovation et OA

24 janvier 2012

Ponts intégraux : la France - Les ponts type SNCF

Innovation

Pont d’Avricourt RD7 sur ligne Paris-Strasbourg - 1936


40 40

40 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation



41 41

41 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Pont de Méhoncourt RD9 sur ligne Nancy-Belfort - 1938


42 42

42 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation



43 43

43 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation



44 44

44 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Effets thermiques, retrait (shrinkage), fluage (creep) :

déplacements imposés

Innovation

EPFL - Thèse D. Dreier

Les ponts intégraux et semi-intégraux : la conception

45 45

45 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Effets thermiques, retrait (shrinkage), fluage (creep) :

déplacements imposés

Innovation



46 46

46 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Interaction sol-structure,


Innovation

Fondation sur très bon sol : culée découplée du tablier

(sinon efforts de compression très importants dans tablier)

Fondation sur sol relativement bon: culée découplée du tablier – pas d’interaction sol-structure, uniquement poussée des

terres sur culée

- Mauvais compactage - Léger déplacement de la

fondation - Souplesse trop grande du

mur de culée - Mauvais drainage - Qualité du remblai


47 47

47 Innovation et OA

24 janvier 2012



Innovation

Culée semi-intégrale fondée superficiellement avec appareils d’appui

Culée semi-intégrale avec joints de dilatation

- Pas d’interaction sol-structure

- Pb liés aux joints de dilatation

- Dimensionnement et réalisation de la paoi pendulaire

- Interaction sol-structure à considérer (minime)

- Déformations du remblai dans zone 2

- Conception soignée pour assurer durabilité des AA


48 48

48 Innovation et OA

24 janvier 2012



Innovation

Culée intégrale avec paroi pendulaire Culée intégrale sur fondation profonde

- Interaction sol-structure liée aux déplacements de la ddt, et à considérer pour évaluer effets du déplacement du mur de culée et déformations des pieux

- Interaction sol-structure à considérer (minime)

- Déformations du remblai dans zone 2


49 49

49 Innovation et OA

24 janvier 2012



Innovation

Culée intégrale sur fondation superficielle Culée intégrale sur fondation superficielle avec articulation en pied

- Interaction sol-structure à considérer sur toute la hauteur


50 50

50 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure


Innovation

1

2

3 4


51 51

51 Innovation et OA

24 janvier 2012


Pression contre le mur de culée : σH = K. σV

K = coefficient de poussée des terres

σV = contrainte verticale à la profondeur considérée (γ.z)

Innovation

1


52 52

52 Innovation et OA

24 janvier 2012



K = coefficient de poussée des terres K varie entre : Ka = coefficient actif de la poussée (mobilisée lorsque le

mur s’écarte de 0,001Hmur du terrain) Kp = coefficient passif de la poussée (mobilisée lorsque

le mur s’enfonce de 0,01Hmur vers le terrain)

Innovation

1


53 53

53 Innovation et OA

24 janvier 2012



K = coefficient de poussée des terres


Innovation

1


54 54

54 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée : K0 = (1-sinφ) [Formule de Jaky – sols granulaires] Ka = (1-sinφ)/(1+sinφ) [Théorie de Rankine] Kp = fonction de φ et δmur (rugosité du mur) [Tables de

Caquot/Kérisel] Ex. Pour un remblai avec un angle de frottement interne

φ=30° : K0 = 0,5 Ka = 0,333 Kp = 3 (δmur = 0)

Innovation

1


55 55

55 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée : Pour les ponts intégraux, elle dépend du déplacement imposé

par le tablier au mur de culée :

- Retrait, fluage, raccourcissement thermique : Ka - Allongement thermique : ? Kp ?

- Rmq : pour les ponts en béton, déplacements à long terme

imposés par retrait et fluage (> 3,5 à 4.10-4 m/m) dans la direction active, car plus importants que la dilatation (1.10-5 °C.m/m).

- D’où calcul des murs de culées avec Ka

Innovation

1


56 56

56 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée : Mais : - que se passe t-il pour des ponts mixtes (retrait et fluage

plus faibles)

- que vaut σH lorsque le déplacement agit dans la direction

passive juste après la construction - quel est le comportement à long terme du remblai sous les

actions cycliques de la température

Innovation

1


57 57

57 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée : Nombreuses études, expérimentations, instrumentations

(anglaises, américaines, scandinaves)


Innovation

1


58 58

58 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée :

Innovation

1

Augmentation de la pression σH avec le nombre de cycles « recompactage du remblai qui augmente sa rigidité


59 59

59 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée :

Innovation

1


60 60

60 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Conséquence : prise en compte d’un coefficient de poussée

accrue des terres dans les normes suisses et anglaises

Innovation

1

Norme anglaise BA42/96


61 61

61 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Conséquence : prise en compte d’un coefficient de poussée

accrue des terres dans les normes suisses et anglaises

Innovation

1

Directive Suisse C03


62 62

62 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Déplacements imposés et interaction sol-structure Pression contre le mur de culée : hypothèses prises pour le

programme de ponts types SETRA CHAMOA 3D

SETRA – Chamoa 3D

Innovation

1


63 63

63 Innovation et OA

24 janvier 2012



Innovation

1

2

3 4


64 64

64 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Vide derrière le mur de culée Du au déplacement du mur dans la direction active, d’où

nécessité d’une dalle de transition pour franchir ce défaut local (idem pour culées avec joints)

Dimensionnement de la dalle de transition : dimensions du vide a

une influence sur les efforts et le comportement de la DDT qui ne repose pas sur le sol sur toute sa longueur.

Innovation

2



65 65

65 Innovation et OA

24 janvier 2012



Innovation

1

2

3 4


66 66

66 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Tassement de la surface de roulement La DDT est entrainée par le tablier : - En phase de raccourcissement (direction active) : tassement à

la surface de la chaussée à son extrémité

Innovation

3



67 67

67 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Tassement de la surface de roulement La DDT est entrainée par le tablier : - En phase d’allongement (direction passive) : soulèvement à la

surface de la chaussée à son extrémité

Innovation

3



68 68

68 Innovation et OA

24 janvier 2012



Innovation

1

2

3 4


69 69

69 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Fissuration de la surface de roulement à la liaison tablier/DDT Le déplacement du tablier entraine avec lui la dalle de transition et

produit une légère rotation entre la culée et la DDT.

Innovation

4


Valeurs limites fixées par l’OFROU : 4‰ sur autoroutes et

8‰ sur routes nationales


70 70

70 Innovation et OA

24 janvier 2012

La conception : conséquences des ponts intégraux - Dalle de transition suisse Thèse de D. Dreier (EPFL – Suisse) : étude paramétrée de la dalle de

transition (avec modèle numérique, essais expérimentaux) sur l’angle et la longueur

Innovation



71 71

71 Innovation et OA

24 janvier 2012

Les points de conception essentiels

Federal Highway Agency - USA

Innovation


72 72

72 Innovation et OA

24 janvier 2012

Les points de conception essentiels :

- Philosophie anglo-saxonne : garantir une grande souplesse des appuis/fondations : pieux métalliques H sur 1 seule file, battus dans le sens de leur inertie faible Final Report INTAB

Innovation


73 73

73 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation


74 74

74 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation


75 75

75 Innovation et OA

24 janvier 2012


- Minimiser la hauteur d’interaction sol-structure et les

dimensions des murs (privilégier les murs en retour)

Iowa State University – Integral Abutment Bridge with Precast Concrete Piles)

Innovation


76 76

76 Innovation et OA

24 janvier 2012


- Conception de la dalle de transition (pour réduire

l’importance de la fissuration aux extrémités)

OFROU – Extrémités de ponts

Innovation


77 77

77 Innovation et OA

24 janvier 2012


- Rendre symétrique l’ouvrage

- Limiter le biais

- Assurer un bon drainage à l’arrière de la culée

- Bon remblai, très soigneusement compacté

Innovation


78 78

78 Innovation et OA

24 janvier 2012

Application : pont OA G1D1 sur A4 à >Cormontreuil

Innovation

Tablier en poutrelles enrobées de 68m30 de longueur et 22m10 de largeur – 4 travées de 16m60/16m35/16m35/19m

Les ponts intégraux et semi-intégraux : exemple

79 79

79 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

11 pieux métalliques HEB500 de 26m de long. env. Base de pieu en Ø 800


80 80

80 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation

Détail de l’encastrement sur culée et de la dalle de transition


81 81

81 Innovation et OA

24 janvier 2012

Avantages : Rapport Intab « Conception économique et durable des ponts mixtes avec culées intégrales » - 2011

- réduction du coût de construction : - réduction nombre de piles, gain de temps par suppression des appareils d’appuis et des joints de dilatation, - construction de la culée (et de sa fondation) plus économique par encastrement de la structure (charges horizontales reportées directement dans le sol) - réduction des coûts d’entretien : - élimination des coûts de maintenance des appareils d’appui et des joints de dilatation, - élimination des infiltrations d’eau aux abouts, qui, conjugués à l’utilisation de sels de déverglaçage et au gel/dégel, entraînent des désordres sur la structure.

Innovation

Les ponts intégraux et semi-intégraux : conclusion

82 82

82 Innovation et OA

24 janvier 2012

Avantages : Rapport Intab « Conception économique et durable des ponts mixtes avec culées intégrales » - 2011

- Plus facile de modifier un pont intégral (élargissement par exemple)

- Meilleur confort de l’usager et réduction des nuisances sonores au passage des joints

- Meilleure résistance au séisme : pas de risque de chute du tablier de ses appuis, plus grand degré de redondance, meilleure absorption de l’énergie (limitation des dommages)

Innovation


83 83

83 Innovation et OA

24 janvier 2012

Inconvénients (difficultés) : - Calculs plus complexes (si on doit considérer l’interaction

sol-structure)

- Attention au phasage de construction (influence dans les efforts – prise en compte de la température au moment de la solidarisation du tablier avec ses appuis)

- Culées murs de front plus complexes à concevoir (notamment en fondation superficielle)

- Conception des murs en aile ou retour (déplacements relatifs avec la culée mobile car liée au tablier)

Innovation


84 84

84 Innovation et OA

24 janvier 2012

Inconvénients (difficultés) : - Fondations sur pieux H : pratiques non courantes en France

- Limitation des ponts biais ou courbes

- Modèles de calculs et règles à la française à mettre au point

Innovation


85 85

85 Innovation et OA

24 janvier 2012


Innovation


Documents

Ouvrages d’Art Innovation et développement durablepiles.cerema.fr/IMG/pdf/Integral_Bridges_2012_cle6d2116.pdf · 2012-05-25 · Ouvrages d’Art Innovation et développement durable