Structures mixtes innovantes

Bi-poutre mixte acier / béton Définitions Tablier : dalle en béton + 2 poutres métalliques Dalle béton : en béton armé ou en béton précontraint coulé en place ou préfabriqué Connexion dalle-poutres : à l’aide de goujons Domaine d’emploi : portées comprises entre 30 et 80 m Tablier constitué : d’une dalle en béton et de 2 poutres métalliques Dalle béton : en béton armé ou en béton précontraint (précontrainte transversale) coulée en place ou préfabriquée Connexion dalle-poutre à l’aide de goujons Domaine d’emploi : portées comprises entre 30 et 80 m Le tablier est constitué d’une dalle (de couverture) en béton connectée à 2 poutres métalliques (poutres sous chaussée), de manière à former un ensemble monolithique. Il peut être à travées indépendantes ou continues. La dalle est en général en béton armé (parfois en béton précontraint : précontrainte transversale). Elle est coulée en place ou parfois constituée de dalles préfabriquées. La dalle est coulée en place en utilisant un coffrage réutilisable fixe ou mobile. Pour les parties latérales en encorbellement, on a généralement recours à un coffrage traditionnel avec des supports accrochés aux poutres de rive. La DALLE participe à la résistance de l’ouvrage en flexion longitudinale et locale grâce à sa connexion aux poutres métalliques par des GOUJONS ou des CORNIERES. Elle a une épaisseur de 20 à 30 cm pour des ponts routes et de 40 cm pour des ponts rails (l’épaisseur peut être réduite à 15 cm dans le cas d’utilisation de dalle préfabriquées précontraintes en BHP Densité de ferraillage de la dalle : 200 à 250 kg/m3

Bi-poutre mixte acier / béton Alternative Dalle coulée en place  Dalle préfabriquée Toute la largeur du pont couverte en une pièce Alvéoles ménagées dans la dalle  Pour connexion aux poutres métalliques Puis bétonnage des alvéoles et joints de clavage assurant la continuité de la dalle En alternative au coulage en place, la dalle peut être réalisée en éléments préfabriqués. Les éléments couvrent toute la largeur du pont en une pièce. Des alvéoles sont ménagées dans la dalle pour permettre la connexion aux poutres métalliques. On procède ensuite au bétonnage des alvéoles et des joints de clavage qui assurent la continuité de la dalle

Bi-poutre mixte acier / béton Poutres métalliques : Hauteur constante à âme pleine, souvent continues sur appui Entretoisées tous les 8 à 10 m par des entretoises ou des pièces de pont Préfabriquées en usine et transportées sur site par tronçons de 20-40 m de long Les poutres métalliques sont en général de hauteur constante (parfois de hauteur variable) à âme pleine (PRS en forme de I) le plus souvent continues sur appui. Elles sont entretoisées tous les 8 à 10 m par des entretoises ou des pièces de pont. Les poutres sont préfabriquées en usine et transportées sur le site par tronçons de 20 à 40 m de longueur. Elles sont raboutées par soudage sur le site, assemblées aux entretoises et mises en place à l’aide d’une grue (ou lancées ou ripées). Hauteur des poutres : par exemple 2,5 m pour les portées de 40 m. Raboutées par soudage sur site, assemblées aux entretoises et mises en place à l’aide d’une grue Exemple de hauteur des poutres : 2,5 m pour les portées de 40 m

Bi-poutre mixte acier / béton Maîtrise de la fissuration des dalles Formulation du béton Méthodes de mise en œuvre Renforcement du ferraillage passif Phasage de bétonnage Maîtrise de la fissuration des dalles La fissuration des dalles de pont mixte peut être limitée à des valeurs acceptables vis-à-vis de la durabilité de l’ouvrage, à condition de prendre des mesures simples, relatives : à la formulation du béton aux méthodes de mise en œuvre au renforcement du ferraillage passif au phasage de bétonnage aux dispositions particulières en cas de bétonnage par temps froid aux dispositions relatives à la cure aux dispositions relatives au décoffrage (délai et résistance minimaux) Dispositions particulières en cas de bétonnage par temps froid Dispositions relatives à la cure Dispositions relatives au décoffrage

Bi-poutre mixte acier / béton Méthodes de connexion de la dalle béton en deuxième phase Intérêt  Réduction des effets des retraits thermiques endogènes  Diminution des contraintes de traction dans la dalle béton 3 techniques : Dalles poussées sur l’ossature métallique  Dalle en béton armé, coulée par plots successifs sur une aire située en arrière de la culée  Mise en place par poussage sur l’ossature métallique préalablement posée sur ses appuis  Dalle connectée ensuite aux poutres Dalles préfabriquées reliées par des clavages  Posées sur les poutres, puis connectées par un clavage en béton coulé en place Dalles préfabriquées à joints conjugués collés  Forme des faces en regard des dalles = “clefs” qui transfèrent les cisaillements Les méthodes de connexion de la dalle béton en deuxième phase Intérêt Réduction des effets des retraits thermiques endogènes Diminution des contraintes de traction dans la dalle béton (poids propre de la dalle repris par la charpente métallique) Dalle poussée sur l’ossature métallique Dalle en béton armé coulée par plots successifs sur une aire située en arrière de la culée. Puis mis en place par poussage sur l’ossature métallique préalablement posée sur ses appuis. La dalle est ensuite connectée aux poutres (Fenêtres longitudinales au droit des connecteurs). Dalles préfabriquées reliées par des clavages en béton coulés en place Les dalles préfabriquées en béton sont posées sur les poutres puis connectées par un clavage en béton coulé en place Dalles préfabriquées à joints conjugués collés La forme des faces en regard des dalles présente des « clefs » qui transfèrent les cisaillements

Bi-poutre mixte acier / béton Intérêt du BHP pour les dalles préfabriquées Limite les effets du retrait du béton au jeune âge Permet de réduire l’épaisseur de la dalle béton  Jusqu’à 15 cm grâce à l’utilisation de précontrainte transversale Double avantage 1 - Gain sur le poids de la dalle  Diminution des charges sur charpente et appuis 2 - Augmentation des cadences de réalisation  Réduction de la durée du chantier Intérêt du BHP pour les dalles préfabriquées Il permet de réduire l’épaisseur de la dalle béton (jusqu’à 15 cm grâce à l’utilisation de précontrainte transversale), d’où un double avantage : gain sur les poids de la dalle donc diminution des charges sur la charpente et les appuis augmentation des cadences de réalisation et donc réduction de la durée du chantier L’utilisation de dalles préfabriquées en BHP limite les effets du retrait au jeune âge (l’essentiel du retrait étant réalisé avant connexion à la charpente) Nota - Le BHP n’est pas conseillé pour la réalisation des dalles coulées en place compte tenu de son important retrait au jeune âge.

Bi-poutre mixte acier / béton Dalles préfabriquées à connexion différée Mise en place des dalles préfabriquées en béton

Bi-poutre mixte acier / béton Dalles préfabriquées à connexion différée Vue générale des dalles avant clavage

Objectif du développement des structures mixtes innovantes Une mixité au service de la performance  Concevoir et réaliser des ouvrages plus économiques et plus durables Optimiser les performances spécifiques et complémentaires du béton et de l’acier Tirer profit des évolutions technologiques et normatives des bétons et des aciers Faire travailler les matériaux dans leurs domaines préférentiels

Viaduc du Chavanon sur A89 Caissons mixtes Viaduc du Chavanon sur A89

Pont sur RN580 (TGV Méditerranée) Caissons mixtes Pont sur RN580 (TGV Méditerranée)

Pont St-Pierre à Toulouse Treillis mixtes Pont St-Pierre à Toulouse

Pont St-Pierre à Toulouse Treillis mixtes Pont St-Pierre à Toulouse

Viaduc de l’Arc (TGV Méditerranée) Treillis mixtes Viaduc de l’Arc (TGV Méditerranée)

Treillis mixtes Pont d’Antrenas sur A75

Âmes plissées Tablier  2 hourdis en béton reliés par des âmes métalliques plissées Propriété = souplesse des plis  Les âmes résistent aux contraintes de cisaillement  Le béton des hourdis résiste aux efforts de flexion longitudinale du tablier et à la précontrainte Avantages Allègement du poids propre du tablier Augmentation du rendement mécanique du tablier Pont de Charolles

Âmes plano-tubulaires Âme métallique continue  Formée d’une succession de panneaux plans en tôle et de tubes verticaux soudés entre eux  Connectés au béton des hourdis supérieur et inférieur  La non rigidité longitudinale est obtenue par ovalisation des tubes Les âmes plano-tubulaires résistent aux contraintes de cisaillement Le béton des hourdis résiste aux efforts de flexion longitudinale Avantages Allègement du poids propre du tablier Augmentation du rendement mécanique du tablier

Âmes plano-tubulaires Association de tubes verticaux et de plaques

Âmes plano-tubulaires Viaduc de Meaux Coupe type viaduc de Meaux

Âmes plano-tubulaires Viaduc de Meaux

Treillis Viaduc du Boulonnais sur A16

Pont sur le bras de la plaine à La Réunion Treillis Pont sur le bras de la plaine à La Réunion

Techniques de préflexion des poutres métalliques (preflex) Principe Poutrelle préalablement cintrée  Préfléchie à l’aide d’un équipement spécial Semelle inférieure tendue  Enrobée de béton Poutrelle déchargée après durcissement du béton  Revient à sa forme initiale en mettant le béton en compression Principe La poutrelle préalablement cintrée est préfléchie à l’aide d’un équipement spécial. La semelle inférieure tendue munie de connecteurs est ensuite enrobée de béton. La poutrelle est déchargée après durcissement du béton. Elle tend alors à revenir à sa forme initiale en mettant le béton en compression. Après la pose sur le chantier des poutrelles, on réalise un hourdis supérieur en béton, on obtient ainsi une poutre doublement mixte. Lorsque la poutre mixte préfléchie est sollicitée en flexion : Le béton de la dalle supérieure augmente la résistance et la rigidité comme pour une poutre mixte traditionnelle Les contraintes de compression dans le béton de la membrure inférieure dues à la précontrainte sont réduite Après pose des poutrelles  Réalisation d’un hourdis supérieur en béton Si sollicitation en flexion de la poutre mixte préfléchie  Béton de la dalle supérieure : augmente résistance et rigidité  Contraintes de compression réduites

Techniques de préflexion des poutres métalliques (preflex) 1 - Poutre acier, contreflèche 2 - Précharge d’atelier 3 - Coulage hourdis inférieur, prise 4 - Déchargement, précontrainte 5 - Montage chantier, coulage dalle

Procédé Rapidopont (GTM) Ouvrage constitué d’un tablier bi-poutre mixte à dalles préfabriquées en BHP précontraintes et à connexion différée (Label IVOR du 6/02/2001) Poutres constituées de profilés laminés assemblés en caisson et remplis de béton Dalles préfabriquées en BHP à joints conjugués, collées munies de clés de cisaillement  Mises en œuvre par grutage, ripage ou lançage Précontrainte longitudinale intérieure au béton Ouvrage constitué d’un tablier bipoutre mixte à dalles préfabriquées en bhp précontraintes et à connexion différée Label IVOR du 6/02/2001 Poutres constituées de profilés laminés assemblés en caisson et remplis de béton (BAP mis en œuvre à la pompe) Dalles préfabriquées en BHP (B80 avec fumée de silice) à joints conjugués, collées munies de clés de cisaillement (épaisseur 20 à 25 cm) mises en œuvre par grutage, ripage ou lançage. Précontrainte longitudinale intérieure au béton Connexion différée à la charpente : goujons soudés à travers des réservations dans les dalles préfabriquées et réservations rempli d’un coulis de ciment Avantages : maîtrise de la fissuration, rapidité d’exécution, réalisation possible au-dessus d’une voie en circulation Connexion différée à la charpente  Goujons soudés à travers des réservations (remplies de coulis de ciment) dans les dalles préfabriquées Avantages  Maîtrise de la fissuration, rapidité d’exécution, possibilités de réalisations au-dessus d’une voie en circulation

Procédé Rapidopont (GTM) Coupe transversale type

Procédé Rapidopont (GTM) Connexion différée Connexion différée Réservation de diamètre 80 mm prévues dans les dalles aux emplacements des goujons (qui sont soudés à la charpente à travers les réservations après positionnement définitif des dalles) afin d’effectuer la connexion différée des dalles avec les caissons métalliques SOMMAIRE SESSION 7 SOMMAIRE GÉNÉRAL