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Ponts à haubans Sommaire - PLATEFORME OUVRAGES D`ART
Ponts à haubans Réglages des haubans et contrôles géométriques Florent Imberty Sommaire • Typologies de ponts à haubans • Réglages des haubans en phase études • Réglages et contrôles en phase de chantier • Conseils pour la gestion ultérieure de l’ouvrage Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 2 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 1 Les typologies de ponts à haubans • Typologie de la nappe – Centrale / Latérale – Harpe / éventail – Haubans réduits / Haubans multiples répartis • Matériau et section transversale – Béton précontraint – Mixte – Caisson orthotrope • Méthodes de construction • Les types de haubans – MTP : multi-torons parallèles – MFP : multi-fils parallèles – TMC : torons multi-couches Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 3 - 30 mars 2006 Typologie de la nappe • Nappe axiale : – – – – en cas de TPC généralement, en cas de tablier large possible jusqu’à 400-500m de portée nécessite un tablier rigide en torsion esthétique Tablier de faible largeur : problème de croisement des véhicules Exceptions : Pont de l’aire de Farge… et pont de Volonne ! Acceptable pour petites portées • Nappe latérale : – toujours possible – obligatoire pour les très grandes portées (stabilisation au vent) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 4 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 2 Forme de la nappe Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 5 - 30 mars 2006 Typologie de la nappe • Nombre de haubans : – Haubans réduits et tablier rigide (école allemande) – Haubans multiples répartis et tablier souple (tendance moderne) – Travées haubanées multiples • Suite de l’exposé : haubans multiples, travée principale unique Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 6 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 3 Matériau et section transversale • Profils ouverts (suspension latérale) : – dalles béton minces – dalles nervurées béton – bi-poutres • Profils fermés, rigides en torsion (suspension axiale ou ouvrages larges) : – caissons béton – caissons mixtes – caissons à dalle orthotrope Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 7 - 30 mars 2006 Matériau et section transversale • Profils ouverts (suspension latérale) : – dalles béton minces Pont d’Evripos (Grèce) Pont sur la Bidouze Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 8 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 4 Matériau et section transversale • Profils ouverts (suspension latérale) : – dalles nervurées Pont de Chalon sur Saône Pont de Gilly Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 9 - 30 mars 2006 Matériau et section transversale • Profils ouverts (suspension latérale) : – bipoutres Pont de Seyssel Pont de Karkistensalmi (Finlande) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 10 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 5 Matériau et section transversale • Profils fermés : – caissons béton Pont sur l’Isère Pont de Wandre Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 11 - 30 mars 2006 Matériau et section transversale • Profils fermés : – caissons mixtes Pont de Volonne Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 12 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 6 Matériau et section transversale • Profils fermés : – caissons à dalle orthotrope Pont de Normandie – Travée centrale Pont de Saint-Nazaire Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 13 - 30 mars 2006 Les méthodes de construction • Sur cintre • Extrapolations : – lancement sur palées – mise en place par rotation = technique à utiliser lorsque possible (simplification réalisation et respect géométrie) • Encorbellements successifs : technique délicate, mais incontournable pour les grandes portées Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 14 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 7 Types de haubans • 3 familles : – MTP : multi-torons parallèles • à gaines individuelles • à gaine collective – MFP : multi-fils parallèles – TMC : toron multi-couches • à fils ronds • à fils ronds et profilés Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 15 - 30 mars 2006 Types de haubans Toron à 7 fils Gaine individuelle Enveloppe extérieure optionnelle Air Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 16 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 8 Qualification des procédés de haubanage • Voir recommandations CIP (2001). Principaux critères : – Qualification mécanique • Résistance (composants et système) • Tenue en fatigue – Étanchéité du système – Tenue dans le temps • Vieillissement des gaines • Tenue des couleurs • Garanties contractuelles particulières à spécifier au projet : – protection anti-corrosion des pièces métalliques (fascicule 56 du CCTG) – durabilité des gaines de haubans – stabilité des couleurs – bon fonctionnement des amortisseurs (le cas échéant) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 17 - 30 mars 2006 Réglage des haubans en phase étude • Cas général : nécessité d’un préchargement (exceptions : bowstring) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 18 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 9 Réglage des haubans en phase étude • Les règles pour définir la tension des haubans en service : – efforts et contraintes sous surcharges (général pour tout ouvrage) => dimensionnant notamment pour les tabliers minces, les caissons à nappe axiale et les travées multiples (Millau) – minimiser les flexions dans le tablier et les pylônes sous charges permanentes (notamment précontrainte) => critère important notamment ponts béton : fluage, et ponts à faible inertie Exemple de reports de charges par de la précontrainte Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 19 - 30 mars 2006 Réglage des haubans en phase étude • Appréciation de la qualité d’un réglage : – moments à vide dans le tablier et le pylône – régularité des tensions dans les haubans Exemple de réglage médiocre : courbe de moment dans le tablier Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 20 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 10 Réglage des haubans en phase étude • Les règles pour définir la tension des haubans en service (suite) : – respect de la géométrie finale du tablier, en tenant compte de toutes les charges permanentes (notamment précontrainte) Nécessité de définir la géométrie de référence • Choix des charges de superstructures (valeur à la mise en service) • Cas des ponts en béton : choix du temps de référence (fluage => évolution de la flèche) en fonction des retensions éventuelles… • Cas des ponts mixtes : choix du coefficient d’équivalence Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 21 - 30 mars 2006 Détermination tension haubans • Règle dite du pendule (valable pour tabliers souples) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 22 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 11 Détermination tension haubans • Tension maximale sous ELS rare (en général dimensionnante) : – FELS 0,45 FGUTS force de rupture garantie – FELS 0,50 FGUTS si dispositions pour filtrer et minimiser les flexions parasites aux ancrages Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 23 - 30 mars 2006 Détermination tension haubans • Exemple – Haubans de puissance continue ou discontinue Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 24 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 12 Détermination tension haubans • Sections des haubans près des pylônes Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 25 - 30 mars 2006 Étude des phases de construction • Les règles pour définir la tension des haubans en construction : – Phases de construction => efforts de flexion parasites dans le tablier : • poids équipage mobile • présence ou non dalle pour un pont mixte • absence des superstructures solution : tension des haubans en plusieurs phases Autre avantage : meilleur respect géométrie… Définition des phases de mise en tension : selon les méthodes, à l’exécution Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 26 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 13 Les paramètres de calcul / de contrôle • Longueur à vide des haubans – Intrinsèque – Non mesurable • Prédéformation des haubans – Intrinsèque – Non mesurable • Tension – Non intrinsèque – Mesurable • Géométrie – Non intrinsèque – Mesurable Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 27 - 30 mars 2006 Réglage des haubans sur chantier • Objectif : obtenir les tensions / prédéformations / géométrie prévues par le calcul • Règle générale : mesures redondantes • Trois problématiques : – Bonne géométrie relative (pas de droit à l’erreur) – Bonne géométrie d’ensemble (correction possible par réglage haubans) – Bon réglage des haubans (correction toujours possible) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 28 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 14 Géométrie du tablier – Contre-flèches • En général : construction sans contreflèches Construire un tablier correspondant exactement à la géométrie finale • Procédures différentes pour les ponts en béton et ponts en métal Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 29 - 30 mars 2006 Géométrie du tablier – Contre-flèches • Cas des ponts métalliques Réglage « facile » avec un pont métallique. Fait lors de la préfabrication en usine. Indépendant de la tension des haubans Technique de conjugaison des joints : - montage à blanc - repérage de part et d’autre des joints de soudure – mesure des distances entre repères - lors du montage : on reproduit ces repères Erreur en usine non rattrapable sans introduire des efforts parasites => précision ! Pont de Volonne : cintre « souple » => attention à la géométrie ! Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 30 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 15 Géométrie du tablier • Cas des ponts en béton – Ponts coulés sur cintre : facile si cintre suffisamment rigide – Voussoirs préfabriqués : même principe que pour les ponts en métal (mais utilisation très rare pour ponts à haubans) – Plus difficile avec un pont en béton coulé en place : construction en géométrie relative. Principe : ne pas enfermer de cassures angulaires => réglage de l’équipage mobile en géométrie relative par rapport aux voussoirs précédents Difficultés : poids du béton frais qui vient perturber la géométrie… D’où des haubans de travail sur l’équipage mobile – Attention : erreurs en géométrie non rattrapables. Erreurs sur les tensions des haubans rattrapables Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 31 - 30 mars 2006 Géométrie du tablier • En cas d’écart avec la géométrie finale : – Pas de retensions inconsidérées ! – Imperfections locales de géométrie sans conséquence => il vaut mieux les cacher après coup (corniches) – Si erreur systématique (par exemple, due à une erreur sur le poids propre ou sur les vérins), corriger les tensions après recalcul et vérification structure Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 32 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 16 Méthode de tension d’un hauban • Tension initiale – Les possibilités et difficultés : • Pilotage en force : – – – – – précision vérin 2%, précision poids structure 2%, incertitudes poids matériel chantier, gradient thermique, souplesse extrémité fléau (traînage cisaillement) à utiliser pour les structures très raides (haubans réduits) • Pilotage en flèche du tablier (encorbellements) – – – – nécessite un tablier très souple non applicable aux premiers haubans près des pylônes (rigidité) gradient thermique erreurs trop grandes – risque d’écarts de tensions entre haubans successifs Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 33 - 30 mars 2006 Méthode de tension d’un hauban • Tension initiale – Les possibilités et difficultés (suite) : • Tension en 2 fois : meilleure solution – Première tension à 70-90% tension théorique – Mesure simultanée tension hauban et déplacements aux nœuds (tablier, pylône). (A faire au petit matin…) – D’où la prédéformation introduite – Par différence, on en déduit le complément de prédéformation encore nécessaire – 2ème phase : retension avec pilotage en déplacement (cf ci-après) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 34 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 17 Méthode de tension d’un hauban • Tension initiale – Assurer une isotension entre torons d’un même hauban • Difficulté : – poids gaine porté par le premier toron – la tension d’un toron détend ceux tendus précédemment procédés brevetés par les fabricants. Exemple : Isotension (Freyssinet) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 35 - 30 mars 2006 Méthode de tension d’un hauban • Retension : – pilotée en déplacement – mesure du déplacement de l’ancrage par rapport à la plaque d’appui sur la structure : plusieurs possibilités • course vérin • repère sur le hauban • nombre de tours de l’écrou sur la vis – contrôler la force pour déceler des anomalies éventuelles • Exemple : retension haubans de Brotonne (7 ans après mise en service) : – Tension le plus long : +120t – Après retension des autres : +12t Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 36 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 18 Matériel de mise en tension • Recommandations CIP : – Matériel conforme aux indications de la notice technique du procédé de haubanage – Tarage des vérins au moins 2 fois par an – Sur chantier : • 1 manomètre étalon, précision relative 0,5%, étalonné au moins une fois par an par un laboratoire compétent • au moins 2 manomètres avec fiche d’étalonnage datant de moins de 3 mois, servant aux mesures • vérification des manomètres servant aux mesures à l’aide du manomètre étalon : – avant première mise en tension – au moins tous les 4 haubans ou 300 torons Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 37 - 30 mars 2006 Conseils pour la gestion ultérieure de l’OA • Connaître l’état initial de la structure (au moment de la réception) – – – – – – – – – géométrie du tablier et des pylônes tensions dans les haubans ouverture des joints de chaussée position des appuis température extérieure à laquelle ces mesures ont été faites – par gradient thermique nul si possible (petit matin) les courbes enveloppes des contraintes sur la fibre supérieure (à vide à la mise en service et au temps infini, à l'ELS rare (ou fréquent)) les courbes enveloppes des contraintes sur la fibre inférieure pour les mêmes cas de charge le tableau des sollicitations (N, M) et des contraintes dans les sections les plus sollicitées corrections à appliquer pour température Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 38 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 19 Conseils pour la gestion ultérieure de l’OA • Garantir l’accessibilité des haubans : – accès aux ancrages – dispositifs d’accrochages pour vérins de retension • Disposer des procédures fournies par l’entreprise : – instructions de maintenance – remplacement hauban (partiel ou complet) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 39 - 30 mars 2006 Conseils pour la gestion ultérieure de l’OA • Définir un programme de surveillance : – visites périodiques (ex. 3 ans) – inspections détaillées (ex. 6 ans) • Contrôles à effectuer : – géométrie (tablier, verticalité pylônes, appuis, joints) – surveillance des sections les plus sollicitées – haubans, partie courante : • aspect de la gaine générale : fissuration de la gaine, coulures (rouille, eau, cire), traces de chocs de véhicules hors gabarit ; une déformation locale de la gaine peut la marque due à la rupture d'un toron ou d'un fil. • lors des inspections détaillées, démontage partiel d’un hauban possible • vérification tension : au vérin, ou méthode vibratoire – haubans, ancrages : coulures, fissuration structure (béton ou métal) ; aspect tube guide et anti-vandalisme éventuel Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 40 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 20 Bibliographie et crédits photos • Bulletin Ponts Métalliques n°21 (2002) : article de Michel Virlogeux • Recommandations CIP Haubans (2001), Ed. Sétra • Conférence Deauville 1994 « Ponts suspendus et à haubans » (Ponts de Normandie, de Chalon-sur-Saône, sur l’Elorn…) Club OA Méditerranée – Ponts à haubans – Page 41 - Formation Eurocodes 30 mars 2006 21
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