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Copy of Building Bridges

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by

Soufiane Mouhoute

on 9 December 2014

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Transcript of Copy of Building Bridges

les ponts à haubans
Encadré par :
A.Kerkoure

Présenté par:
Benabboud Badr
Elherd Abderrahim
Naamane Nouha
Mouhoute Soufiane
Touré Faty

Généralités
Conception
Pré-dimensionnement
Etude de cas Viduc de Millau
Phénoménes d'instabilités
Plan
Généralités
Conception
Typologie
Pré-dimensionnement
Etapes de construction
Etude de cas
Phénoménes d'instabilités
Conclusion
Définition
Les ponts à haubans sont une variété de ponts où le tablier est suspendu par des câbles issus de pylônes.
Histoire
Pont à hauban du Maroc:
Pont à haubans du carrefour Sidi Maârouf-Technopark
Pont à haubans du BOUREGREG
Pont de Faustus Verantius 1617
Pont de Immanuel Löscher 1784
Pont à hauban VS ponts suspendu
Les ponts à haubans, ne tiennent pas, comme les ponts suspendus, grâce à deux câbles principaux ancrés sur les rives, mais grâce à de nombreux câbles obliques attachés aux piliers du pont, qui supportent la totalité du poids du pont.
Pylône
Ils sont généralement construits en béton et encastrés en pied sur le fût de pile ou sur le tablier.
Principaux avantages
Il peut être monté facilement

Les câbles sont de haute résistance
IL Permet une variété architecturale
Il est Seul système utilisable sur mauvais sols
Les déformations sont plus petites que dans un pont suspendu
Tablier
Les tabliers de ponts à haubans sont principalement du type dalle, caisson ou à poutres en béton armé, béton précontraint, acier ou en structure mixte.
Matériaux

Tout acier au-delà de 500m
Mixte acier-béton jusqu’à 500m
Béton portée jusqu’à 300m
Ils doivent être individuellement remplaçables.
Ils doivent pouvoir être inspectés sur toute la longueur.
Le module d’Young doit être élevé et constant.
L’amplitude de fatigue acceptable doit être élevée.
Haubans
Câbles à fils parallèles ou toronnés.
Ces câbles sont constitués de fils de précontrainte parallèle de diamètre 7 mm ou des fils de précontrainte de diamètre 15 mm.
Les plus gros câbles fabriqués à ce jour ont :
499 fils de diamètre 7 mm
127 torons de diamètre 15 mm

Typologie
Selon le nombre de haubans
Selon la position de la nappe
Nappe axiale
Nappe latérale
Selon la forme de la nappe
Boite d'ancrage
Les câbles sont ancrés dans des pièces métalliques à l’intérieur du pylône.

l'ancrage doit être accessible et permettre un éventuel remplacement du câble;

les composantes horizontales des forces dans les haubans doivent être équilibrées de façon simple et durable, sans introduction de moments de torsion dans les mâts.
la conception des détails doit permettre une mise en place simple et économique des haubans;
Types des boites d'ancrage
Les boîtes d’ancrage de type PWS (Parallel Wire Strand) des haubans préfabriqués
Les boîtes d’ancrage de type PSS (Parallel Strand System) sont les plus utilisées.
Tablier
Dans le cas de ponts haubanés munis d’une suspension centrale, une grande rigidité torsionnelle est indispensable. Ce qui entraîne nécessairement une rigidité flexionnelle élevée


Elancement = portée / 20 à 22
Pylônes
Le schéma longitudinal des pylônes ne comporte généralement qu'un élément vertical unique de faible rigidité.

La hauteur au-dessus du tablier du pylône peut être obtenue à l'aide de la règle suivante .

Hauteur pylône = 0.22 à 0.25 portée
Boites d'ancrage
Le matériau utilisé pour les boîtes d’ancrage est l’acier.

Forces
La force considérée dans le pré dimensionnement de l’ancrage est 90% de la contrainte de rupture du câble. Elle est calculée à l’aide de la formule suivante :
Fpk= résistance élastique du câble*Scâble
Scâble= Nombre torons* Storons
Pour 1T15 Storon=150mm^2
Mât
Les ancrages des haubans exercent au niveau du mât une compression, répartis sur toute la surface de béton en contact avec l'ancrage.
Ainsi pour le mât central il s'agira dans un premier temps de définir les efforts verticaux transmis par chaque hauban, ensuite de les cumuler pour enfin sortir la section du mât à adopter.

Avec:
Ne : effort normal cumulé au niveau du mât
A : section recherchée de chaque pied du pylône
2 x A x sin (Phi) = AT = 𝐍𝐞/𝐟𝐜𝟐𝟖
Appareil d’appui
Les appareils d'appui sont des éléments d'ouvrage de haute technologie qui permettent, en fonction de leur nombre de degrés de liberté, de reprendre des efforts verticaux ou horizontaux ou d'absorber des déplacements ou rotations.

Le remplacement d'un éventuel appareil d'appui défectueux (impliquant le vérinage du tablier de 5-10 mm) doit être facilité par des dispositions de constructions appropriées.
Joints d'étanchéité
L'étanchéité posée sur la dalle de roulement d'un tablier de pont constitue un élément de première importance pour assurer la durabilité de l'ouvrage et faciliter sa maintenance.
Le système d'étanchéité doit assurer les fonctions suivantes:
protection durable de la surface du béton de structure contre les influences nuisibles, physiques et chimiques
et le pontage des éventuelles fissures pouvant se former dans la surface de béton.

Chenaux de drainage
Des chenaux de drainage seront aménagés tout au long de la chaussée. Ils seront constitués de rigoles.
Garde-corps
Des garde-corps en métal sont les plus utilisés pour les ponts à hauban.

Fiche d'identité
Pont de records
L'ouvrage est composé de piles minces et dédoublées sur leur partie supérieure et d’un tablier métallique très fin avec seulement sept points d’appui au sol.
L'ouvrage est actuellement :

Le pont routier avec l'ensemble pile-pylône le plus haut au monde (P2 : 343 m) et les deux piles les plus hautes au monde (P2 : 245 m et P3 : 221 m) ;
Son tablier, qui culmine à 270 mètres au-dessus du Tarn, est également le plus long pour un pont haubané (2 460 mètres) ;
Avant-projet
Choix du tracé
Choix de l'ouvrage
Description de l'ouvrage
Le viaduc est un pont à haubans de 2 460 m de longueur. Il traverse la vallée du Tarn à près de 270 m de hauteur au-dessus de la rivière. Son tablier de 32 m de large accueille une autoroute de 2 fois 2 voies et 2 voies de secours.
Géologie et Géotechnique
Fondations et semelles
Chaque pile prend appui sur une semelle en béton reposant sur quatre puits marocains de 4,50 à 5 m de diamètre et de 9 à 17 m de profondeur.

Les puits des appuis P4 à P7 ont été élargis en partie basse, constituant ainsi une forme de « pattes d’éléphant ».

Les semelles présentent une largeur de 17 m et une longueur de 24,5 m pour une épaisseur variable entre 3 et 5 m. Les volumes de béton à mettre en œuvre varient ainsi de 1 100 à 2 100 m3. La durée de bétonnage a pu atteindre jusqu’à 30 heures.

La chaussée
Fine couche de roulement posée sur la chape d’étanchéité de l’ouvrage.
Le tablier
Descriptif des piles
Le tablier est un caisson fermé et caréné présentant un profil aérodynamique.
Constitué d’une dalle orthotrope. Des caissons sont prolongés à chacune de leur extrémité d'une corniche, supportant elle-même un écran brise-vent.

Afin d’éviter ou du moins de ralentir la progression de la corrosion dans le tablier, celui-ci est muni
d’un système de ventilation d’air sec,
de plusieurs capteurs d’humidité
d’un système de récupération des eaux de ruissellement efficace.


Pylônes
La forme en V renversé du pylône avec une largeur en pied de 15,5 m, résultent d’un compromis entre ce choix de rigidification et de la volonté d’éviter d’avoir des piles et pylônes trop massifs.
Les haubans
Chaque travée est supportée par une nappe centrale en forme d’éventail de onze paires de haubans ancrés dans les structures métalliques du tablier et des pylônes. Il y a sept pylônes et donc 154 haubans.
La résistance d'un hauban peut ainsi varier de 12 500 à 25 000 kN.

Les forces agissant sur le pont à haubans
Poids
Le poids peut être facilement calculé grâce à la relation :



Dans le viaduc de Millau
Le poids du tablier d’acier est d’environ 36000 tonnes soit 3,6 × 107𝑘𝑔
L’intensité de la pesanteur à Millau est d’environ 9,81𝑁 × 𝑘𝑔−1

Donc 𝑃 = 3,6 × 10^7 × 9,81
Ainsi 𝑷 = 𝟑,5 x 10^ 𝟖𝑵

Les charges
LES CHARGES VEHICULAIRES
Le poid des charges pour le viaduc de Millau
Pour calculer le poids des charges théoriques, on utilise l’équation :

𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝑉𝑖𝑎𝑑𝑢𝑐 𝑑𝑒 𝑀𝑖𝑙𝑙𝑎𝑢= 𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 𝑣éℎ𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒𝑠 + 𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 𝑐𝑙𝑖𝑚𝑎𝑡𝑖𝑞𝑢𝑒𝑠 × 1, 5

Ou bien

𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝑉𝑖𝑎𝑑𝑢𝑐 𝑑𝑒 𝑀𝑖𝑙𝑙𝑎𝑢 =
𝐿𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑞𝑢𝑖 𝑝𝑒𝑢𝑡 ê𝑡𝑟𝑒 𝑎𝑝𝑝𝑙𝑖𝑞𝑢é𝑒 𝑠𝑢𝑟 1𝑚3 𝑠𝑢𝑟 𝑙𝑒 𝑉𝑖𝑎𝑑𝑢𝑐 𝑑𝑒 𝑀𝑖𝑙𝑙𝑎u × 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑢 𝑉𝑖𝑎𝑑𝑢𝑐 × 𝑙𝑎 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑢𝑒𝑢𝑟 𝑑𝑢 𝑉𝑖𝑎𝑑𝑢𝑐



Poids théorique d'un pont à hauban
On appelle le poids théorique d’un pont à haubans :

𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑡ℎé𝑜𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 = 𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑢 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑖𝑒𝑟 + 𝑃𝑜𝑖𝑑𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑐ℎ𝑎𝑟𝑔𝑒𝑠

Types de forces sur un pont à hauban
Bilan des forces d'un pont à hauban
Méthode pour calculer la tension d’un haubans
Calcul de la tension et de l’épaisseur d’un hauban du viaduc de Millau
la résonance
On parle de résonance quand un objet est excité à la même fréquence que sa fréquence propre, l'objet excité se met à vibrer, ou ses oscillations s'amplifient si celui-ci est déjà en mouvement.
La technique la plus commune utilisée par les ingénieurs pour combattre cette force est de construire le pont en plusieurs segments, parce que dans ce cas, les oscillations ne passent pas d’un segment à un autre.
Actions du vent

Le vent entraîne deux types de forces :

Les forces de portance (dirigées suivant la verticale).
Les forces de traînées (dirigées suivant une horizontale parallèle au vent et dans le même sens que ce dernier).

Schéma du profil d’un tablier
Schéma de l’action du vent sur un tablier
L'action sismique
Les tremblements de terre provoquent des oscillations sur le tablier et sur le reste du pont.
Les oscillations provoquées par ce phénomène se décomposent suivant les trois directions de l'espace

Types d’amortisseurs :
les amortisseurs élastoplastiques
peuvent absorber les efforts sismiques horizontaux et dissiper l’énergie par plastification alternée.
les amortisseurs par frottements
convertissent l’énergie horizontale d’un pont à haubans en chaleur
les amortisseurs visqueux
absorbent à la fois l’énergie verticale et horizontale, ce sont des dispositifs assimilables à un vérin hydraulique. Ils ont une forte capacité d’énergie

La dilatation
La dilatation est l’expansion du volume d’un solide occasionné par son réchauffement
Conclusion
Les nombreuses découvertes au cours du temps ont permis de créer des ponts de en plus en plus moderne, de plus en plus pratique et moins coûteux. Les nouvelles techniques de construction ont également permis aux ponts de se développer. Ces nouvelles techniques de construction ainsi que ces nouvelles découvertes font que l’homme a pu s’affranchir des contraintes naturelles liés au pont. Grâce aux avancées techniques et technologiques, les ponts sont également beaucoup plus résistants aux différentes forces qui s'appliquent sur eux. Les erreurs du passé ont, elles aussi, servi d’exemple aux ponts actuels. Toutefois, le pont parfait n’existe pas, chacun de ces différents types de pont ayant des avantages et des inconvénients.
Etapes de construction
Étape 1 : L’élévation des piles
Une fois, les fondations établies, les piles sont construites simultanément de chaque côté des rives, à l’aide de coffrage grimpant (au fur et à mesure que le coffrage augmente, les piles s’élèvent de plus en plus).
Étape 2 : Le lançage du tablier
le tablier est construit des deux côtés de la brèche : les voussoirs sont installés à l’aide de grue, caillés et soudés. Puis, l’installation des engins de levage, de transport et d’accueil des voussoirs s’effectue. Après, il y a la mise en place des voussoirs puis des soudages. Enfin, la mise en tension des haubans est faite lors de l’avancement du tablier.

Étape 3 : Jonction du tablier
La rencontre des tabliers sud et nord.

Étape 4 : L’installation des pylônes
les pylônes sont dressés sur le tablier grâce à des machines (grues…)

Étape 5 : Haubanage
Une fois les pylônes installés, la mise en place des haubans s’effectue. Les paires de haubans ont été installées en vis-à-vis sur chaque pylône. A l’intérieur des gaines de protection, plusieurs dizaines sont mis sous une tension définie par le bureau d’études.

Étape 6 : Finitions
𝑷 = 𝒎 × 𝒈
LES CHARGES CLIMATIQUES
La force gravitationnelle

La force de compression

La force de tension

La force de flexion

La force de torsion

La force de cisaillement

𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑠é𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑑𝑢 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑖𝑒𝑟 = 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑢𝑏𝑎𝑛𝑠
𝑻𝑨 = 𝑷 ÷ (𝟐 × 𝐬𝐢𝐧 𝜶 )
𝑅 est la résistance du câble (en N/mm²) : 𝑅 ≈ 𝑅𝑚𝑎𝑥 ÷ 2
𝑅𝑚𝑎𝑥 est la résistance à la rupture, aujourd’hui les câble ont une résistance d’environ 1700N/mm²
EPAISSEUR
TENSION
Données :
Poids théorique: 1,1 × 10^9𝑁
Nombre de haubans: 154
Angle moyen des haubans: 45°

"Les hommes construisent trop de murs et pas assez de ponts"
ISAAC NEWTON
L'épaisseur de l'ensemble est 74 mm et pèse malgré tout 13 000 tonnes
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