Introduction
L'évolution des techniques de construction a permis le développement de divers types de ponts en béton, chacun adapté à des portées et des contraintes spécifiques. Cet article explore les différents types de ponts en béton, en mettant l'accent sur les ponts à poutres en encorbellement, leur construction, les travaux de réparation et de transformation, ainsi que les aspects de sécurité liés à ces structures.
Les Différents Types de Ponts en Béton
Ponts à Arc en Béton
Après la Première Guerre mondiale, le béton armé a permis la fabrication d'éléments de ponts tels que les poutres. Cependant, l'utilisation du béton armé présentait l'inconvénient du coût des armatures. Des ingénieurs comme Eugène Freyssinet ont construit des arcs en béton non armé, moins coûteux car l'armature n'est pas nécessaire pour un arc entièrement comprimé. Le béton supporte alors seul l'effort de compression. On peut citer le célèbre pont Albert Loupe et le pont de Villeneuve-sur-Lot.
Viaducs à Travées Indépendantes et à Poutres Précontraintes par Post-Tension (VIPP)
L'apparition de la précontrainte a permis de concevoir des tabliers de ponts grâce à la juxtaposition de poutres en I de grande inertie, permettant de franchir de grandes portées à moindre coût. Ces poutres étaient préfabriquées et précontraintes sur le chantier, puis hissées et ripées à leur emplacement définitif. Ces ouvrages constituent souvent les travées d'accès de grands ponts suspendus. Aujourd'hui, ces poutres présentent parfois des faiblesses nécessitant des réparations ou des renforcements.
Ponts à Poutres Préfabriquées Précontraintes par Adhérence (PRAD)
Les poutres précontraintes peuvent également être préfabriquées en usine, utilisant la précontrainte à fils adhérents. Ces ponts, de conception plus récente, sont choisis pour leur coût réduit. Le coût de transport et de manutention limite généralement la portée à moins de 30 mètres. Ces ponts ont progressivement remplacé les ponts à dalle précontrainte dans les programmes autoroutiers et de LGV.
Ponts Dalles Coulés sur Cintre
Les ponts dalles ont été largement utilisés dans les programmes autoroutiers des années 80. Le tablier est constitué d'une dalle en béton coulée sur cintre posée sur un étaiement. Des gaines sont incorporées au béton et reçoivent des câbles de précontrainte mis en tension lorsque le béton a atteint une résistance suffisante.
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Ponts à Voussoirs
Les sections de tabliers tubulaires, dont les tronçons préfabriqués ou coulés en place s'appellent voussoirs, sont préférées pour les grandes portées en raison de leur performance vis-à-vis de la flexion. La construction par encorbellements successifs autour de la pile permet de franchir des portées de plus de 100 mètres entre appuis.
Construction des Ponts à Poutres en Encorbellement
La construction d'un pont à poutres en encorbellement est une technique qui permet de construire des ponts de grande portée sans avoir besoin d'échafaudages ou de supports temporaires sur toute la longueur du pont. Cette méthode est particulièrement utile dans les situations où il est difficile ou coûteux de mettre en place des supports temporaires, par exemple au-dessus d'une rivière profonde ou d'une vallée.
Principes de Base
La construction par encorbellement consiste à construire le pont par sections successives, en partant des piles (les supports verticaux du pont). Chaque section est construite en porte-à-faux, c'est-à-dire qu'elle s'étend horizontalement sans être soutenue par le dessous. Pour assurer la stabilité de chaque section pendant la construction, elle est temporairement fixée à la section précédente à l'aide de câbles de précontrainte.
Étapes de Construction
- Construction des Piles : Les piles sont construites en premier, en utilisant des techniques de construction classiques.
- Construction des Premières Sections : Les premières sections du pont sont construites au-dessus des piles. Elles sont généralement plus courtes que les sections suivantes et servent de base pour la construction des encorbellements.
- Construction des Sections en Encorbellement : Les sections suivantes sont construites en porte-à-faux, en s'étendant de chaque côté de la pile. Chaque section est construite en plusieurs étapes :
- Coulage du Béton : Le béton est coulé dans un coffrage spécialement conçu pour la section.
- Précontrainte : Une fois que le béton a durci, des câbles de précontrainte sont tendus à travers la section et ancrés à la section précédente. Cela crée une force de compression qui renforce la section et la maintient stable.
- Déplacement du Coffrage : Le coffrage est ensuite déplacé vers l'avant pour la construction de la section suivante.
- Jonction des Encorbellements : Lorsque les encorbellements construits à partir de deux piles se rejoignent au milieu de la portée, ils sont connectés pour former une structure continue.
- Finition : Une fois que le pont est terminé, les câbles de précontrainte temporaires sont retirés et la chaussée est construite.
Avantages de la Construction en Encorbellement
- Pas besoin d'échafaudages : La construction en encorbellement ne nécessite pas d'échafaudages sur toute la longueur du pont, ce qui réduit les coûts et les perturbations.
- Adaptabilité : Cette méthode est adaptée aux terrains difficiles et aux zones urbaines densément peuplées.
- Portées importantes : Elle permet de construire des ponts avec des portées importantes.
Exemples de Travaux de Réparation ou de Transformation sur les Ponts en Béton
Types de Travaux
Les travaux sur les ponts en béton peuvent inclure :
- Réparation lourde et modification du tablier et des appuis.
- Doublement de la capacité d'une autoroute nécessitant des transformations et renforcements sur l'existant.
- Réparation des ponts soumis à l'ambiance marine.
- Renforcement d'un VIPP pour mise aux normes.
Types de Tâches
Les tâches courantes comprennent :
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- Démolition et reconstruction.
- Sciage de béton.
- Hydrodémolition.
- Renforcement du tablier par textiles collés.
- Rajout de précontrainte extérieure sur poutres de VIPP ou pont à voussoirs.
- Modification de la section de béton après dégagement des aciers par hydrodémolition, rajout d'un ferraillage et coulage de béton complémentaire.
- Carottage des âmes de poutres ou de voussoirs pour fixation d'un massif d'ancrage ou de bossages déviateurs à l'aide de barres Diwidag.
- Protection des massifs de fondation contre l'affouillement.
- Renforcement des massifs de fondation par élargissement de la semelle et solidarisation par précontrainte.
- Vérinage et changement des appuis.
- Chemisage de la base de piles en milieu maritime.
- Purge des bétons altérés, détourage des aciers, passivation anticorrosion, protection des aciers par un mortier de résine.
- Application de peinture de protection des bétons.
- Renforcement des poutres en I par des textiles carbone ou kevlar collés à l'aide de résine époxy.
- Passivation des aciers de précontrainte et réinjection des gaines présentant des vides.
Exemples Spécifiques
Réparation Lourde : Remplacement du Tablier et des Appuis
Dans certains cas, il est nécessaire de démolir tout ou partie du pont, en supprimant par exemple un appui intermédiaire. Sur le chantier de Chatenay-Malabry, l'ancien pont en béton armé a été entièrement démoli pour être remplacé par un pont sur deux appuis constitué de poutres en béton précontraint (PRAD) fabriquées en usine. Les travaux ont été réalisés sous la contrainte du trafic ferroviaire et routier, avec des interventions de nuit pour ne pas interférer avec la LGV Atlantique.
Doublement de Capacité d'une Autoroute
Le trafic d'une autoroute peut nécessiter l'augmentation du nombre de voies, ce qui peut impliquer la construction d'un nouveau pont parallèle et des travaux sur l'ancien pont. Sur le chantier de l'autoroute A63 près de Bayonne, le doublement du pont sur l'Adour a été accompagné de travaux sur le pont à voussoirs précontraint d'origine, incluant la suppression du terre-plein central, le rajout d'une chape pour modifier le devers, le renfort des voussoirs par précontrainte additionnelle, le changement des appareils d'appui et le renfort des semelles de fondation.
Renforcement des Travées d'Accès à un Grand Pont en VIPP
Les ponts importants de grande portée sont souvent flanqués de travées d'approche en VIPP. Ces poutres peuvent présenter des pathologies graves nécessitant le traitement de la corrosion et l'ajout d'une précontrainte extérieure additionnelle. Lors du renforcement du viaduc d'accès au pont de Saint-Nazaire, le renforcement des talons de poutre et la mise en place d'une précontrainte additionnelle ont été faites depuis une barge hissée à l'aide de vérins sous le tablier.
Prévention des Chutes de Hauteur
La prévention des chutes de hauteur est un aspect crucial lors de la construction et de la réparation des ponts. Les travaux en hauteur présentent des risques importants pour les travailleurs, et des mesures de sécurité rigoureuses doivent être mises en place pour minimiser ces risques.
Mesures de Sécurité
- Garde-corps et Lignes de Vie : L'installation de garde-corps et de lignes de vie est essentielle pour prévenir les chutes. Sur le pont de Chatenay-Malabry, des garde-corps ont été installés en bordure du chevêtre de la culée pour éviter les chutes pendant les travaux.
- Échafaudages et Plateformes de Travail : L'utilisation d'échafaudages et de plateformes de travail sécurisées permet aux travailleurs d'accéder aux zones de travail en hauteur en toute sécurité.
- Formation et Équipement : Les travailleurs doivent être formés aux procédures de sécurité et équipés de harnais de sécurité, de casques et d'autres équipements de protection individuelle.
- Analyse des Risques : Avant de commencer les travaux, une analyse des risques doit être effectuée pour identifier les dangers potentiels et mettre en place des mesures de prévention appropriées.
Exemples de Bonnes Pratiques
- Clôtures et Palissades : Sur le chantier de Chatenay-Malabry, une clôture a été installée pour éviter de distraire les automobilistes et prévenir les accidents.
- Platelages Sécurisés : Lors du renforcement du viaduc d'accès au pont de Saint-Nazaire, une barge a été utilisée comme platelage sécurisé pour les travaux en hauteur.
L'Épure de Méry et la Stabilité des Voûtes
L'épure de Méry est une méthode graphique utilisée pour évaluer la stabilité d'une voûte en berceau. Cette méthode, développée par Méry en 1840, permet de vérifier la stabilité d'une voûte en quelques étapes simples de dessin. Bien que la méthode ait été modifiée au fil du temps, elle reste un outil précieux pour les architectes et les ingénieurs.
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Principe de l'Épure de Méry
L'épure de Méry consiste à tracer une série de lignes et de cercles sur un dessin de la voûte pour déterminer si les forces sont bien équilibrées. La méthode repose sur l'idée que la voûte est stable si la ligne de poussée (la ligne qui représente la direction des forces de compression) reste à l'intérieur de la voûte.
Application de l'Épure de Méry
- Dessin de la Voûte : La première étape consiste à dessiner une coupe de la voûte à l'échelle.
- Tracé des Forces : Ensuite, il faut tracer les forces qui agissent sur la voûte, en tenant compte du poids de la voûte et des charges supplémentaires.
- Détermination de la Ligne de Poussée : La ligne de poussée est déterminée en traçant une série de lignes qui représentent la direction des forces de compression.
- Vérification de la Stabilité : Enfin, il faut vérifier si la ligne de poussée reste à l'intérieur de la voûte. Si c'est le cas, la voûte est considérée comme stable.
Les Corniches : Ornement et Protection
Les corniches sont des éléments architecturaux courants qui couronnent les têtes de mur des bâtiments. Elles ont à la fois un rôle d'ornement et un rôle utilitaire, en protégeant les murs contre les eaux pluviales. L'histoire des corniches est riche et variée, avec des exemples de corniches dans l'Antiquité, au Moyen-Âge et à la Renaissance.
Stabilité des Corniches
La stabilité des corniches est assurée par leur conception et leur construction. Les corniches doivent être suffisamment lourdes pour résister aux forces du vent et de la gravité. Elles doivent également être bien ancrées au mur pour éviter qu'elles ne tombent.
Règlements de Construction
Au XVIIIe et XIXe siècle, des règlements de construction ont été mis en place pour imposer des dispositions constructives pour les corniches. Ces règlements visaient à garantir la sécurité et la durabilité des corniches.
Les Balcons en Encorbellement
Les balcons en encorbellement sont des structures qui s'étendent horizontalement à partir d'un mur, sans être soutenues par des colonnes ou des piliers. Ils sont souvent utilisés pour offrir une vue panoramique ou pour créer un espace extérieur supplémentaire. Les premiers balcons en encorbellement construits à Paris datent du milieu du XVIIe siècle.
Stabilité des Encorbellements
La stabilité des encorbellements, en particulier des corbeaux et des consoles, met en jeu à la fois des notions d'équilibre et de résistance. Statiquement, l'encorbellement est constitué d'une pièce possédant une partie en appui et une partie en saillie, la première devant être suffisamment pesante pour éviter la bascule.
Méthodes pour Augmenter la Saillie
Il existe de nombreuses méthodes différentes pour permettre l'augmentation de la saillie possible pour un encorbellement. Ces méthodes incluent l'utilisation de corbeaux plus longs, l'ajout de poids à la partie en queue de l'encorbellement et l'utilisation de matériaux plus résistants.
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